CN1957249A - 电化学元件的连接器结构和与它结合使用的仪表 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于测定样品中分析物存在和/或数量的基本平面电化学测试条，具有：第一电极，包括两个接触点的第一连接器，和第一导电引线，第一导电引线在第一电极和第一连接器之间延伸，以在第一电极和第一连接器之间建立电信号的传导路径；第二电极，包括一个或多个接触点的第二连接器，和第二导电引线，第二导电引线在第二电极和第二连接器之间延伸，以在第二电极和第二连接器之间建立电信号的传导路径，和接受样品的样品室。布置第一和第二电极接触样品室内的样品，从而产生电化学信号。当在测试条平面中观察时，第二连接器的接触点在第一连接器的接触点之间。还提供了具有供电化学测试条使用的触点的仪表，以及仪表和电化学测试条的组合。

Description

电化学元件的连接器结构和与它结合使用的仪表

本申请要求于2004年5月21日提交的美国临时申请序列号60/521555的权益，本文引入其作为参考。

发明背景

本申请涉及电化学元件，尤其是被设计成在分析物如葡萄糖的家庭测试中使用的单用途条的元件类型。

测试条和仪表的组合用于分析物如葡萄糖的电化学检测是已知的。在测试条中，通常具有至少两个电极，在电极之间产生电化学信号。这种信号的大小指示样品中存在的分析物的数量。信号可为电流测量值，其为安培计信号；电势测量值，其为电势计信号；或电荷测量值，其为库仑信号。

与要被评价分析物存在和/或数量的样品实际接触的电极连接到导电引线上，导电引线又连接到连接器上，条通过连接器连接到用于检测和处理电化学信号的仪表装置上，为使用者提供分析物存在和/或数量的指示。单独仪表的使用允许使用一次性电极条和可重复使用的电子装置。

通常，在已知的一次性电极条中，条为平的矩形条，具有顶和底主表面、两个长边和两个短边或端。样品通常被引入到一端，连接器通常放置在相对端。为每个电极提供一个引线/连接器组合，引线和相应连接器通常布置在平行于条长边的并排方向上。

连接器的这种结构代表了一般认可的标准。但是，它具有一个明显的缺陷，即条到仪表内的插入只在一个方向上是正确的。如果连接器只在条的一个表面(例如顶面)上，则条倒置插入(即顶面向下)可能导致没有电连接。希望具有能克服这种缺陷的电极连接器结构。

发明概述

本发明提供用于测定样品中分析物存在和/或数量的基本平面电化学测试条，包括：

(a)第一电极，包括两个接触点的第一连接器，和第一导电引线，第一导电引线在第一电极和第一连接器之间延伸，以在第一电极和第一连接器之间建立电信号的传导路径，

(b)第二电极，包括一个或多个接触点的第二连接器，和第二导电引线，第二导电引线在第二电极和第二连接器之间延伸，以在第二电极和第二连接器之间建立电信号的传导路径，和

(c)接受样品的样品室，布置所述第一和第二电极以接触样品室内的样品，借此产生电化学信号，

其中当在测试条平面中观察时，第二连接器的接触点在第一连接器的接触点之间。

本发明还提供具有供电化学测试条使用的触点的仪表以及仪表和电化学测试条的组合。

附图简述

图1A和B显示了通过本发明的方法制造的电化学元件的等距视图。

图2-A和B显示了本发明的电化学测试元件的连接器结构的实施方案。

图3显示了本发明的电化学测试元件。

图4显示了本发明的电化学测试元件。

图5显示了本发明的电化学测试元件的一个电极层。

图6显示了制造本发明的电化学测试元件的方法。

图7A-C显示了本发明的电化学测试元件制造方法中的中间阶段。

图8显示了根据本发明的仪表的外视图。

图9A-C显示了根据本发明一种实施方案的电化学测试条到仪表的连接。

图10A-C显示了根据本发明另一种实施方案的电化学测试条到仪表的连接。

发明详述

本发明提供电化学测试条，其具有能提供超过已知连接器结构的大量优点的连接器结构。本发明还提供适合于接受这种电化学测试条的仪表，以及仪表和测试条的组合。尽管本申请主要在血液或其它流体中葡萄糖水平测量的范围内进行说明，但本发明的连接器结构适宜用于其它可电化学检测分析物用电化学测试条中。

本文使用的术语“分析物”是指进行测试的物质。测试可为定性的(与分析物有关的可测量信号是可检测或不可检测)、半定量的(超过或低于指定阈值的可测量信号提供正或负的指示)或定量的(提供分析物数量的数值)。

本文使用的术语“分析物的测定”包括在这些测试类型的任何一个中分析物存在或数量的测定。

本文使用的术语“样品”是指需要测定分析物的任何类型样品。其将无限制地包括体液，例如血液、尿、痰、胞间液或唾液；商业产品，以及其它样品，包括饮料如酒或苏打水，废水，还可使用本发明测试其它液体。不是液体的样品可被悬浮或溶解在含水溶剂中。

本文使用的术语“电极”是指使用时接触样品的导电元件。对于电化学元件而言，两个或多个电极接触相同样品。在两电极系统中，电极通常被称为工作电极和反电极。在三电极系统中，第三电极通常被称为参比电极。选择所用的电极材料与分析物的性质和要监测的电化学反应一致，用于具体分析物的合适电极材料在本领域中是已知的。电极材料的非限制性例子包括金、银、PT、Ag/AgCl和导电碳。给定电化学条中的电极可由相同材料或不同材料形成。

术语“连接器”是指被设计与仪表接触的电化学条部分，仪表提供任何必要的电化学动力到电化学条并从条接受输入用于分析和显示给使用者。连接器可由与它们连接的电极相同的材料或不同的材料制成。

每个连接器都通过导电“引线”与电极电接触。引线可由以下材料制成：与电极相同的材料、与连接器相同的材料、与电极和连接器两者相同的材料或与电极和连接器两者不同的材料，引线在电极和连接器之间延伸。

本文使用的术语“接触点”是指在使用时与仪表中相应触点实际接触的连接器部分。如下面所反映，连接器可具有单接触点，在这种情况下，接触点可只是连接器的端部分，或可与连接器有相同范围。在连接器包括多个接触点的情况下，接触点彼此电隔离，除了穿过连接器、引线或它们相连电极的剩余部分的导电路径外。

在本发明中，当在测试条平面中观察时，第二连接器的接触点在第一连接器的接触点之间。这不要求点精确地共平面，实际上，在本文所示的例子中，接触点不共面。但是，当在朝电化学测试条主表面看的平面图中观察测试条时，接触点被布置在规定的方向上。

图1A显示了从点样端观察的本发明的电化学测试元件的一种实施方案的示意图。元件由底层130、顶层131和中间层132构成。顶层和底层至少在面向中间层132的表面上导电。在优选的实施方案中，顶层和底层130、131为已涂有导电层的绝缘基片。这在除去顶层131的图1B中更清楚地显示，中间层132在一个边缘上形成有凹口133。当电化学元件使用时，凹口133以及顶层和底层130、131共同限定出接受样品的空间。这个空间的体积因此由中间层132的厚度和凹口的尺寸限定。电化学元件还具有接触面积134和135，它们可连接到仪表上，提供仪表和暴露在接受样品用空间中的顶层和底层130、131部分的电连接。

中间层132为隔离导电层的电阻材料，其防止导电顶层和底层130、131之间的导电，除非它们通过布置在接受样品用空间中的样品连接。用作该层的合适材料的非限制性例子包括聚酰亚胺、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、玻璃、纤维玻璃或其它能提供所需支撑的不导电材料。中间层132合适地具有500-50微米的厚度。在允许较大的样品体积时可使用较厚的材料。可使用较薄的材料，但可能形成处理困难，和在将样品放到最终元件中时增加困难，因为这种厚度确定了样品空间的一个尺寸。在本发明的优选实施方案中，样品空间体积小于5微升，更优选小于1微升。在本发明的具体实施方案中，样品空间的体积为500、300、200、100或50nl。

选择顶层和底层130、131的导电部分与电化学元件意欲检测的具体分析物一致。合适的导电电极材料的具体例子包括金、碳、银、钯和铂。在顶层和底层103、131中使用的导电材料可相同或彼此不同。在本发明的一种优选实施方案中，导电材料为金。顶层和底层的导电部分合适地为在绝缘基片一个表面上的薄涂层。用于中间层132的材料也可用作这种基片。

取决于要检测的分析物，电化学元件可包括布置在接受样品用空间内的试剂组合物。在用于葡萄糖检测的电化学元件的情况下，这种试剂组合物合适地包括能有效氧化葡萄糖的酶如葡萄糖氧化酶和还原氧化介质如氰铁酸盐。用于这种目的的试剂组合物在本领域中是已知的，例如从Higgins等的US4711245和Diebold等的US5437999中，本文引入它们作为参考。在试剂的特定实施方案中，包括葡萄糖氧化酶和氰铁酸盐。

除了它的电化学功能外，试剂组合物当存在时，可帮助克服样品空间的疏水性问题，从而血液和其它含水样品可通过毛细作用被引入到空间内。在不使用试剂时，可能需要样品体积的表面处理以降低疏水性和有利于样品引入。

如图1A和B所示，本发明的测试条为基本平面的。这意味着测试条具有基本平行的顶部基本平的表面和底部基本平的表面。这种陈述中包括术语“基本”，以包括对完美平面性和平行性的偏离，这种偏离来源于沿条长度和宽度上所用材料厚度的制造差异、沿装置的长度和宽度上沉积物如薄膜、油墨或粘合剂沉积物的厚度差异等。

本申请涉及如图1A和1B中所示的测试条中连接器的设计。图2A和B显示了根据本发明的连接器结构的实施方案。在图2A中，有两个从顶部导电层伸出的位于边缘的连接器接头141、141’，和一个从底部导电层伸出的位于中央的连接器接头46。图2B显示了一种替代实施方案，其中两个位于边缘的连接器接头141、141’从顶部导电层伸出，两个位于中央的连接器接头146、146’从底部导电层伸出。

图2A和B中显示的连接器/接触点结构在一次性电化学测试条的使用中提供了重要的优点。因为第一电极的接触点总是布置测试条的边缘，第二电极的接触点总是布置在中央，可设计仪表，其能在两个方向的任何一个上接受条，没有对与仪表触点相连的电极的模糊性。下文中更详细地讨论这种仪表。

图3显示了本发明的电化学测试条的又一实施方案。图3总体上类似于图2A，除了连接器141、141’上接触点的分界线延长通过连接器余下部分的部分或全部(如果有的话)，虚线30表示的引线反映了层42下侧上导电表面的刻划或除去。

图4显示了本发明的电化学测试条的又一实施方案。图4总体上类似于图2B(从底部显示)，除了连接器146、146’上接触点的分隔区延长通过连接器余下部分的部分或全部(如果有的话)，虚线40表示的引线反映了层44下侧上导电表面的刻划或除去。

图3和4中所示的连接器和引线的分隔区可结合用在单一装置中。

图3和4所示的连接器结构在样品施加前的故障测试区域中提供了优点，当在电极之间没有(或不应有)电接触时。对电极之一或完全沿电连接路径延伸的它的相连引线的破坏将妨碍测量所必需的电路实现。但是，在施加样品前，这种破坏在常规电化学条中是不可检测的，电极和它的相连引线不是被测量的电路的一部分。但是，如图5所示，当连接器141、141’(或146、146’)上接触点的分隔区被延伸时，两个接触点可用作电路的端以确认样品池周围区域的连续性。

图5正好显示了其中连接器541和541’具有延长的分隔区550的元件的电极层。样品空间133的位置用虚线显示。如果评价连接器541和541’之间的电连接(例如通过导电率测量)，就能确定良好的连接，只要对在沿电极层的支脚或环部分的全部方向上延伸的导电片没有损害。例如，划伤503或504将被作为故障检测，而划伤如505将不会。由于样品空间133上的电极部分和连接器541或541’的任何一个之间的连接对于有效的测试结果是足够的，因此这提供了易实现的非破坏性质量控制形式，其实际上比工作装置的要求更精确。

从使用者观点看，在样品施加前测试条电连续性的能力提供了明显的优点。在多个糖尿病患者的情况下，每天进行几次测试，每次测试都要求使用者穿刺他自己获得样品。由于要求的小样品大小，不合格的测试条可能要求用柳叶刀的额外穿刺。在采集样品前能测试条以检查常见的制造问题，降低了需要多次穿刺的风险，或使用者退出所需测试以避免第二次穿刺的风险。

可使用图6、7A和7B中所示的方法制造根据本发明的电化学测试条，如2005年5月20日提交的美国专利申请No.10/909656中所述，本文引入其作为参考。

步骤1：提供电阻片。电阻片61在它的两个主表面上涂有粘合剂。

步骤2：如图7A详细所示，为了制造定位，为来自步骤1的电阻片61提供两个定位孔71，且不会成为最终装置的一部分。将电阻片61放到模具(未示出)内，其中模具通过两个定位孔将电阻片定位。然后冲压电阻片61，借此形成冲孔的电阻片62，其具有透过片的两个大的和两个小的开孔。大的开孔72为通过其形成电连接器的开孔。小的开孔73为沿其形成限定样品空间的凹口开孔和排出开孔的开孔。

步骤3：然后将冲孔的电阻片62粘着到第一导电片63上，由此形成组合片64。导电片具有涂有导体例如金的至少一个表面，其面向冲孔的电阻片62，并包括与电阻片62的定位孔对齐的两个定位孔。一旦形成组合片64，第一导电片63的导电表面就可通过冲孔的电阻片62中的开孔看到。

步骤4：冲压组合片64，由此形成冲孔的组合片65。图7B详细显示了这种冲孔的组合片65。切割冲孔的组合片65，使得矩形开孔的近端和远端被切掉，留出普通矩形/方形样品空间79的突起。步骤4的冲压还限定出第一电连接器78，通过它由第一导电片形成电极，电极可与测量装置电连接。

步骤5：为了制造需要外部试剂的电化学条，将试剂613加入到样品空间79上方冲孔的组合片65内，由此形成试剂片66。对于葡萄糖传感器，加入到冲孔的组合片65内的试剂合适地包括葡萄糖氧化酶和包括氰铁酸盐的还原氧化介质。优选地，在体积足以填充至少50％、更优选样品空间更大部分的液体载体中加入介质。这产生在样品空间壁上较高的介质涂层，并因此更靠近第二电极。这减少了使用时介质到达第二电极的时间，因此改善了装置的响应时间。要求这种特征的电化学元件描述在国际专利申请No.PCT/IB2005/051659中，本文引入其作为参考。

步骤6：对第二导电材料片67提供两个定位孔。两个定位孔用于制造定位，不会成为最终装置的一部分。将导电片67放到模具(未示出)内，并冲压，由此形成相对的电极片68。所用的冲孔限定了样品空间的顶部电极。因此，如图7C所示，冲压的开孔74限定出装置顶端75和排气孔76，它们与冲孔的组合片65中的那些具有相同的形状。冲孔还限定了第二连接器区域77，用于连接由第二导电材料片形成的电极。形成第二连接器区域77的冲孔与形成连接器区域78的冲孔不同，因为需要的是不会彼此电接触的内装的可进入触点组。

第二导电片67合适地具有与第一导电片63相同的材料和结构，但它可由不同的材料制成，或包括标签。

步骤7：将相对电极片68粘着到步骤5的试剂片66上，由此形成电化学片69，其中相对电极片的定位孔与试剂片的定位孔对准。相对电极片68的导电部分接触试剂片66的电阻片。这个步骤产生样品空间的限定，以顶和底部上的两个导电片和侧面上的电阻片作界限，并在每个端处具有开孔。

步骤8：劈开步骤7的电化学片69，由此形成废的电化学片610和两个自由的电化学元件611和612。但是，应认识到，可改变这种实施方案的步骤以得到能由起始片得到两个以上或两个以下电化学元件的方法。

当使用时，本发明的电化学测试条被插入到具有与测试条的接触点匹配的触点结构的仪表中。在将测试条放到仪表中前或后，将样品引入到样品接受空间内。根据电化学反应的特性和分析，可施加电流、电势差或电荷到电极上。或者，可监测电极表面处的自发电化学事件。

图8显示了根据本发明的仪表的示例性非限制性实施方案的外视图。仪表通常包括壳81和将测试结果传递给使用者的装置，壳81具有用于接受电化学测试条的槽83。在图8中，传递结果的装置为显示器，例如LCD显示器82，其为使用者提供分析物数量的数值。传递结果的其它装置包括二进制半定量显示器，例如LCD或LED显示器形式，无线数据传输系统，例如102.11b或102.11g无线数据传输链路、红外数据传输链路或蜂窝电话链路，或可连接电缆的连接器，例如USB电缆、RS-232串行电缆或并行电缆。仪表还可包括接通开关以在需要时启动测量循环或按纽如按纽84以控制仪表操作和显示。这些元件可以以各种组合使用，并体现在本领域中已知的众多仪表中。

图9A-C显示了槽83的内部，其中显示了对应于图3接触点的仪表触点。在图9A中，仪表触点91和91’在连接器接头141和141’之间的区域(其上布置电化学测试条接触点)中正对着连接器46上的电化学测试条接触点。仪表触点92和92’接触电化学测试条连接器接头141和141’的底部(在其表面上布置条接触点)，并在图9B和C所示的视图中更清楚地显示。

图10A-C显示了本发明的另一实施方案，其中当在向上或向下的任何一个方向上插入条时，存在与条接触的相应的对准的连接器插脚。图10A显示了只有仪表触点91和92可见的侧视图。在这种图示中，当未插入条时，每个仪表触针都与它们相对的仪表触针接触；但是，不要求是这样。仪表触点应允许条被插入，通过适宜的间隙隔开或通过在条插入时允许偏转和/或弯曲，任何一个在本文中都被称为触点之间的“空间”。图10B显示了当条被插入时仪表触点的顶视图，并图示了仪表触点91、91’、91”和91。图10C显示了当条被插入时仪表触点的底视图，并图示了仪表触点92、92’、92”和92。由于这些仪表触点的每一个都可被仪表独立地寻址，因此仪表可以施加测试电流或电压以证实条的电连续性，假定条在连接器的引线部分具有延伸的分隔区。因此，在图10B和10C的例子中，当在条中存在电连续性时，仪表将测量仪表触点91’和91”之间以及仪表触点92和92之间的低电阻。

本发明还提供在施加样品前评价用于测定该样品中分析物的电化学测试条的电连续性的方法，包括步骤：

(a)将测试条插入到仪表内，其中测试条包括：

第一电极，包括两个接触点的第一连接器，和第一导电引线，第一导电引线在第一电极和第一连接器之间延伸，以在第一电极和第一连接器之间建立电信号的传导路径，

第二电极，包括一个或多个接触点的第二连接器，和第二导电引线，第二导电引线在第二电极和第二连接器之间延伸，以在第二电极和第二连接器之间建立电信号的传导路径，和

接受样品的样品室，布置所述第一和第二电极以接触样品室内的样品，借此产生电化学信号，

其中第一连接器的接触点被分隔区分开，该分隔区贯穿第一连接器引线的一部分。

(b)在通过第一电极的路径中观察第一连接器的接触点之间的电流或电阻，其中相对于公认标准值的低电流或高电阻表明差的电连续性。

在本发明的仪表内，为能处理来自电化学测试条的原始信号并将它传输到传递结果用装置内的电子装置。处理这种原始信号的具体方法和装置在本领域中是已知的，例如从美国专利公布No.US2005/0069892 A1、PCT公布WO2005/022143和美国专利申请10/907790以及10/907803中得知，本文引入它们作为参考。具体电子装置和信号处理方法对本发明不是关键性的。

本发明的又一方面为仪表和根据本发明的测试条的组合。

Claims (12)

1.一种用于测定样品中分析物存在和/或数量的基本平面电化学测试条，包括：

(a)第一电极，包括两个接触点的第一连接器，和第一导电引线，第一导电引线在第一电极和第一连接器之间延伸，以在第一电极和第一连接器之间建立电信号的传导路径，

(b)第二电极，包括一个或多个接触点的第二连接器，和第二导电引线，第二导电引线在第二电极和第二连接器之间延伸，以在第二电极和第二连接器之间建立电信号的传导路径，和

(c)接受样品的样品室，布置所述第一和第二电极以接触样品室内的样品，借此产生电化学信号，

其中当在测试条平面中观察时，第二连接器的接触点在第一连接器的接触点之间。

2.权利要求1的测试条，其中测试条具有第一主表面和相对的第二主表面，其中第一连接器的接触点暴露在第一主表面上，第二连接器的接触点暴露在第二主表面上。

3.权利要求1或2的测试条，其中第二连接器包括在测试条平面中并排布置的两个接触点。

4.权利要求1-4中任意一项的测试条，其中该测试条具有第一主表面和相对的第二主表面，其中第一连接器的接触点暴露在第一主表面和第二主表面上，第二连接器的接触点暴露在第一主表面和第二主表面上。

5.根据权利要求1-4中任意一项的测试条，其中第一连接器的接触点被分隔区分开，该分隔区贯穿第一连接器引线的一部分。

6.根据权利要求1-5中任意一项的测试条，其中第二连接器具有被分隔区分开的两个接触点，该分隔区贯穿引线连接器的一部分。

7.权利要求1-6的测试条，还包括布置在样品室内用于分析物检测的试剂。

8.权利要求7的测试条，其中试剂包括能有效氧化葡萄糖的酶和氧化还原介质。

9.一种用于接受测定样品中分析物用的基本平面电化学测试条的仪表，包括：

(a)接受测试条的槽，其中该槽包含与接受的测试条电接触的仪表触点以连接测试条到电子装置上，所述触点包括第一组电极触点和一组第二电极触点，第一组电极触点被布置与位于槽中接受的测试条端相对侧处的两个第一电极接触点接触，一组第二电极触点被布置与位于第一电极接触点之间中央的第二电极接触点接触；

(b)处理通过仪表触点从电化学测试条接受的原始信号以产生分析物测定结果的电子装置；和

(c)传递结果到使用者的装置。

10.权利要求9的仪表，其中槽包含：

一组顶部第一电极触点和一组底部第一电极触点，所述这组顶部第一电极触点和所述这组底部第一电极触点在其间具有接受测试条的间隔，借此第一电极接触点与顶部或底部这组第一电极触点电接触，和

一组顶部第二电极触点和一组底部第二电极触点，所述这组顶部第一二电极触点和所述这组底部第二电极触点在其间具有接受测试条的间隔，借此第二电极接触点与顶部或底部这组第一电极触点电接触。

11.一种分析物测量系统，包括：

(a)一种用于接受测定样品中分析物用的基本平面电化学测试条的仪表，包括：

接受测试条的槽，其中该槽包含与接受的测试条电连接的仪表触点以连接测试条到电子装置上，所述触点包括第一组电极触点和一组第二电极触点，第一组电极触点被布置与位于槽中接受的测试条端相对侧处的两个第一电极接触点接触，一组第二电极触点被布置与位于第一电极接触点之间中央的第二电极接触点接触；

处理通过仪表触点从电化学测试条接受的原始信号以产生分析物测定结果的电子装置；和

传递结果到使用者的装置，和

(b)在槽内接受的根据权利要求1-8中任意一项的基本平面测试条。

12.在施加样品前评价用于测定该样品中分析物的电化学测试条的电连续性的方法，包括步骤：

(a)将测试条插入到仪表内，其中测试条包括：

第一电极，包括两个接触点的第一连接器，和第一导电引线，第一导电引线在第一电极和第一连接器之间延伸，以在第一电极和第一连接器之间建立电信号的传导路径，

第二电极，包括一个或多个接触点的第二连接器，和第二导电引线，第二导电引线在第二电极和第二连接器之间延伸，以在第二电极和第二连接器之间建立电信号的传导路径，和

接受样品的样品室，布置所述第一和第二电极以接触样品室内的样品，借此产生电化学信号，

其中第一连接器的接触点被分隔区分开，该分隔区贯穿第一连接器引线的一部分，和

(b)在通过第一电极的路径中观察第一连接器的接触点之间的电流或电阻，其中相对于公认标准值的低电流或高电阻表明差的电连续性。

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