CN117813049A - 双电极分析物传感器的调节 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于使用电化学分析物传感器测量分析物浓度的系统、传感器和方法，所述分析物传感器包括第一电极和第二电极，所述第一电极配置为与分析物反应以生成电信号，其中所述方法包括：在所述第一电极与所述第二电极之间施加(201)经调制的电压信号，响应于施加的经调制的电压信号来确定(202)电流信号，基于确定的电流信号来确定(203)所述分析物传感器的电位工作点，在确定的电位工作点处操作(204)所述分析物传感器，以及基于由所述第一电极生成的所述电信号来测量(205)所述分析物浓度。
Description
现有技术
本发明涉及一种电化学分析物传感器和一种操作电化学分析物传感器以测量分析物浓度的方法。
电化学分析物传感器利用待检测或待测量的分析物的某些电化学反应可以生成电信号(例如电流或电位)的事实，这些电信号可与待检测的分析物的浓度相关，例如与分析物的浓度直接或间接成比例。
例如，电位型电化学分析物传感器可以生成电位，这些电位可以表现出对待检测的分析物的浓度的对数依赖性。
例如，电流型电化学分析物传感器可以生成可以在传感器的电极之间流动的电流，该电流可以与待测量的分析物的浓度成比例。
此类分析物传感器例如通常用于测量葡萄糖水平，并且特别地可为测量患有糖尿病的患者的血液和/或间质液中的葡萄糖水平的体内连续葡萄糖监测系统的一部分。
然而，当前的电化学分析物传感器存在许多缺点。例如，当前的分析物传感器的电极可能会表现出显著的材料磨损，并且可能会将不需要的化学物质或材料泄漏到它们的环境中。
此外，用于测量当前的分析物传感器的参考点(例如参考电位)可随着时间以意想不到的方式移位或漂移，从而显著降低分析物测量的准确性、稳健性和可靠性。
此外，当前的电化学分析物传感器的结构和设计相当复杂和精细，并且需要复杂且昂贵的制造步骤。
问题
因此，本发明的一个目的为提供一种用于使用电化学分析物传感器获得更稳健、更准确和更可靠的分析物测量(例如，葡萄糖测量)的方法和装置。
本发明的另一个目的为提供一种改善的电化学分析物传感器。
特别地，目的为提供一种简化的、更紧凑的、更具成本效益的、更精确的和更可靠的电化学分析物传感器。
解决方案
根据本发明，所述目的通过根据独立权利要求的方法、分析物传感器和系统来实现。
有利的实施例和进一步的展开内容为从属权利要求的主题。在整个说明书中公开了进一步的有利实施例和进一步的展开内容。
例如，一种用于使用电化学分析物传感器测量分析物浓度的方法可包括分析物传感器，该分析物传感器包括第一电极和第二电极，其中第一电极可配置为与分析物发生电化学反应以生成电信号，例如电流信号，并且其中该方法可以包括以下示例性步骤中的一个、一些或全部：
·在第一电极与第二电极之间施加经调制的电压信号，
·响应于施加的经调制的电压信号来确定电流信号，
·基于确定的电流信号来确定分析物传感器的电位工作点，例如第一电极的电位工作点，
·在确定的电位工作点处操作分析物传感器，例如第一电极，以及
·基于由第一电极生成的电信号来测量分析物浓度，所述电信号响应于来自第一电极的电化学反应而生成，该第一电极在确定的电位工作点处操作并且在第一电极处与待测量的分析物反应。
在本文中，确定的电位工作点也可以理解为可作为分析物传感器的分析物浓度测量的参考的参考电位点。
在本文中，基于确定的电流信号来确定分析物传感器的电位工作点的步骤可以理解为基于确定的电流信号来设置或识别或达到或获得或调节电位工作点。
此外，基于确定的电流信号来确定分析物传感器的电位工作点的步骤可包括或理解为基于确定的电流信号来设置或识别或达到或获得或调节电位工作点范围，或被理解为从电位工作点范围选择或设置电位工作点，该电位工作点范围已从确定的电流信号设置或识别或获得。
与用于使用电化学分析物传感器测量分析物浓度的当前装置和技术相比，上述和本文示例性描述的装置和方法步骤具有许多优点。
例如，已经出人意料地并且令人惊讶地发现，在已使用在第一电极与第二电极之间施加的经调制的电压信号获得或设置或确定的电位工作点处或处于电位工作点范围/在电位工作点范围内操作的分析物传感器稳定地工作，并且没有传感器漂移或不期望的参考电位的变化。
此尤其是由于本文示例性描述的在分析物传感器的第一电极与第二电极之间施加经调制的电压信号的装置和步骤允许更精确地确定电位工作点或电位工作点范围，在该电位工作点或电位工作点范围，电极(即可用作工作电极的第一电极)可在接近电位饱和区的电位下工作/操作。
由在第一电极与第二电极之间施加经调制的电压信号确定的所述电位工作点或电位工作点范围尤其可确保电信号(例如，从第一电极与待测量的分析物之间的电化学反应在第一电极处生成的电流信号)与待测量的分析物的浓度呈正相关，例如与分析物的浓度成正比，其中比例因子为恒定的并且不随时间变化。
此外，可确保所生成的电信号以及因此待测量的分析物浓度的确定不会受到变化(例如分析物传感器的参考电位的漂移)的显著影响。
这种技术发现克服了当前的偏见，即可控、稳定且无漂移或漂移补偿的分析物传感器需要具有三个或更多个电极以及一个或多个专用参比电极的设置。
换句话说，本文描述的装置和方法步骤还允许免除对专用参比电极的需要，特别是易于发生不希望的材料磨损并且可能将不希望的材料泄漏到它们的环境中的参比电极，诸如例如Ag/AgCl(银/氯化银)参比电极。这尤其可提高分析物传感器的寿命。
可在第一电极与第二电极之间施加的经调制的电压信号/所述经调制的电压信号可以时间离散步长施加。
在本文中，时间离散步长尤其也可以理解为时间间隔。
此外，在每个时间步长处/期间或在每个时间间隔处/期间，可施加电压信号的调制。
例如，可由控制器在示例性分析物传感器的第一电极与第二电极之间施加的示例性经调制的电压信号V(t)可由以下等式示例性地定义。
其中，t为时间参数，其中t可为连续(模拟)或离散(数字)时间参数，例如在t为离散(数字)时间参数的情况下，则t可例如由时间步长或时间间隔tk表示，其中指示符号k为自然数，V控制器(t)为由控制器在时间t或以步长或时间间隔tk施加/输出的示例性电压，为也由控制器设置/控制的示例性电压振幅，sin()为正弦函数，并且f为频率，即经调制的频率。
控制器可为模拟的或数字的，例如可为微控制器或其他数字控制装置。
当使用数字控制器时，可根据数字-模拟转换器(DAC)或根据使用脉宽调制(PWM)与模拟低通滤波器组合，从数字控制器电压输出生成待施加的(模拟)调制电压信号V(t)。
例如，在计算上述等式(1)中的示例性电压调制项的总和后，可将计算的总和传递给数字-模拟转换器(DAC)或以低通滤波器施加脉宽调制(PWM)的组件，以生成待在示例性分析物传感器的第一电极与第二电极之间施加的(模拟)经调制的电压信号V(t)。
此外，除其他外，还设想根据分析物传感器(或额外的)电容周期性地调制电阻或以其他方式驱动放电电流，从而也调制电压信号。例如，这可能有益于与能量采集组合或降低功耗。
上述经调制的电压信号仅为示例性的，并且其他调制也是可以设想的。例如，可设想并非以每个时间步长，而是仅以预定时间步长调制电压信号，或者连续或准连续地调制电压信号。
此外，待在示例性分析物传感器的第一电极与第二电极之间施加的示例性经调制的电压信号V(t)本身也可使用脉宽调制(PWM)生成。
示例性采样时间或时间间隔tk可为0.01/f的量级，例如1/16Hz至1Hz。
此类示例性采样时间或时间间隔提供了足够的信号分辨率，同时还具有能量效率并且允许实现优化的分析物传感器的功耗。
此外，它可以避免来自可能的极化频率信号项的信号干扰，这些信号项可能由分析物传感器的环境中可能的谐振组件引起，例如源于可能极化的电解质溶液。
示例性频率f可在大约每分钟几个周期，例如1/min–10/min，但也可更高。
此外，还可设置所述示例性频率f以避免对可能存在于分析物传感器的环境中的来自其他谐振器的频率范围的可能干扰。
示例性电压振幅可在几个mV的量级，例如1至10mV，优选地低于25mV。
这尤其可以确保足够的训杂比。
作为在分析物传感器的第一电极与第二电极之间施加的示例性经调制的电压信号的结果，可生成经调制的电流信号I(t)。
因此，可确定/测量分析物传感器的响应于施加的经调制的电压信号及/或响应于在第一电极处从与分析物反应生成的电信号的电流信号I(t)。
电流信号的测量和/或处理可以模拟和/或数字方式进行。例如，可设想使用模拟-数字转换器(ADC)对电流信号进行采样，以便随后进行数字处理，这对于大多数应用而言为优选的。然而，还可以仅在模拟电路中处理电流信号。
所述所生成的电流信号的振幅例如可如下测量/确定。
可应用实施快速傅立叶变换(Fast Fourier Transformation)(FFT)的离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transformation)(DTF)。例如，如果单个正弦(如在根据上文等式1的实例中)或单个余弦以经调制的信号施加，则傅立叶频谱中仅一个频率具有特别相关性，并且所需信号振幅的确定可被简化为：
替代地，锁相放大器可用于处理模拟电流信号和经调制的信号以隔离信号分量(例如和/>为相移)并返回与/>成比例的电压作为输出。
对于正弦调制信号，例如在根据上文等式1的实例中，可将任务简化为测量以调制频率为中心的窄带通滤波器的输出的信号功率或最大振幅。
此外，可测量/确定平均电流信号<I(t)>。
同样，此类测量或确定可以模拟或数字方式进行。
例如，在数字解决方案的情况下，平滑滤波器，例如移动平均滤波器可施加于经采样的电流信号数据，而在模拟电路中的模拟解决方案的情况下，可使用低通滤波器。
基于确定的电流信号I(t)(其中所述电流信号已经响应于施加的经调制的电压信号V(t)而生成)来确定分析物传感器的电位工作点(或电位工作点范围)的步骤可示例性地包括以下调节步骤：
·对施加的经调制的电压信号V(t)进行调节，使得第一电极处的电流信号的确定的振幅与确定的平均电流<I(t)>信号的比率落入预定范围内，例如由最大阈值，max阈值和最小阈值min阈值设置的范围，以确定/设置/识别/达到或获得第一电极的电位工作点。
换句话说，可调节施加的经调制的电压信号V(t)的电平，使得满足以下条件。
施加的经调制的电压信号V(t)的调节例如尤其可使用比例积分控制器，例如作为输入的比例积分控制器来执行。
例如，最大阈值，max阈值可能等于或接近0.05，并且最小阈值min阈值可能等于或接近0.01。
例如，可设置/配置成用于调节施加的经调制电压信号V(t)的控制器，即比例积分控制器，使得满足根据等式3的条件。例如，可设置/配置比例积分控制器，使得被设置为固定值，例如0.01或0.02。
例如，可使用具有数字计算输入的数字比例积分控制器。然而，也可以使用具有模拟输入/>的模拟比例积分控制器，其中模拟比例积分控制器尤其可包括各种运算放大器电路。
在任何情况下，负参考值，例如log(0.01)或其他值，可以经选择/设置作为控制器的参考值。这尤其可以降低信号噪声并提高控制回路的稳定性。
例如，当施加满足上述条件的施加的经调制电压信号V(t)的电压电平VL时，可达到/设置/识别/获得分析物传感器，即第一电极/工作电极/阳极的电位工作点Ewp，该电位工作点接近分析物传感器的电流-电位关系的(局部)饱和点或饱和区。
在本文中，接近(局部)饱和点或饱和区的表述可指第一电极/工作电极/阳极的电位相对于分析物传感器的电流-电位关系的饱和区/饱和平台中的第一电极/工作电极/阳极的电位在期望的或预定的百分比范围内的情况，例如在20％内或在10％内或更小。
在本文中，VL尤其可理解为施加的经调制的电压信号V(t)的平均值或均值，并且其中，例如，当施加的经调制的电压信号为无均值信号，例如正弦信号时，在受控系统的可能瞬态信号已经衰减之后，控制器输出电压V控制器可收敛于VL。
换言之，例如，在分析物传感器的初始化时间之后，V控制器可被视为VL的估计量。
使用调节施加的经调制的电压信号V(t)的上述示例性步骤，使得例如确定的电流信号I(t)满足某个条件，例如根据等式3的上述条件，第一电极/工作电极/阳极处的电位被驱动朝向期望电位工作点Ewp。
因此，在分析物传感器的第一电极/工作电极/阳极与第二电极/阴极之间施加调制电压信号并确定响应于施加的经调制的电压信号的电流信号，可允许隐式地确定/设置/达到/识别/获得分析物传感器所需的电位工作点Ewp。
这尤其也反映在以下关系中。
VL＝EA+EC (4)，
其中EC为分析物传感器的第二电极的/第二电极处的电位，其中指示符号C示例性地表示作为阴极的第二电极，EA为分析物传感器的第二电极/工作电极的/在其处的电位，其中指示符号A示例性地表示作为阳极的第二电极。
在本文中，第二电极/阴极的电位EC尤其可已知或从工厂校准或从分析物传感器的使用/操作期间的校准确定。
如上所述，当在分析物传感器的第一电极/工作电极/阳极与第二电极/阴极之间施加调制电压信号并使用响应于施加的经调制的电压信号的电流信号来调节第二电极/工作电极的电位时，EA，所述第二电极/工作电极的电位，EA将被驱动朝向/自动地达到所需电位工作点Ewp。
所述电位工作点Ewp然后可以用作分析物传感器的参考电位。
由于在第一电极的电流-电位关系的平台区或饱和区中第一电极(即阳极)处的电流信号相对于第一电极的电位变化的变化小于第二电极处电流信号相对于第二电极(即阴极)的电位变化的变化，因此如上示例性描述的施加的经调制的电压信号的调节步骤以可靠的方式向电位工作点Ewp收敛/移动。
此外，根据确定的满足上述条件(例如等式3)的施加的经调制的电压信号V(t)的电压电平VL，并且根据第二电极/阴极的/在其处的电位，可确定并输出第二电极的环境中的氧饱和度/氧饱和度水平/氧浓度，例如输出至显示器。
例如，可将体液中所含的氧用作阴极反应。然后，氧活度(与其浓度密切相关)可以根据能斯特等式(Nernst equation)方程与阴极电位相关，并且在大电流密度的情况下，应用类似于巴特勒-福尔默方程(Butler-Volmer equation)的扩展。
然后，在校准之后(在工厂或在分析物传感器的使用/操作期间)，阴极电位的变化可用于推断表面处的氧水平。考虑到氧传输模型，这可估计分析物传感器附近的氧水平。
可从测量第二电极的环境中的氧饱和度/氧饱和度水平/氧浓度得出的信息尤其可用于补偿待测量的分析物浓度中可能的测量误差。
进一步可能的是，可采集由分析物与第一电极的电化学反应释放的能量以便为分析物传感器的操作提供能量，例如，可以向分析物传感器的电路/电子器件/电池/电源/处理器提供。
这可增加分析物传感器的使用/操作时间。
例如，可采集该能量的一部分，条件是与对应电子受体反应的分析物反应总体上具有负的自由反应焓(即自愿发生)。例如，从葡萄糖氧化产生的电极电流可在电容器中累积，并根据直流至直流(DCDC)转换，存储的能量可定期传输至电气设备或存储单元。
此外，可能的任选能量采集机构也可用作实现电压信号调制的装置
待由分析物传感器测量的示例性分析物可为葡萄糖，即本文描述的方法步骤可用于测量葡萄糖的浓度，并且测得的分析物浓度，例如测得的葡萄糖浓度可输出，例如在显示器上。例如，分析物可选自由以下项组成的组：葡萄糖、胆固醇、酮、甘油三酸酯和乳酸盐。然而，另外或替代地，可确定其他类型的分析物和/或任何组合的分析物。优选地，分析物为葡萄糖。
在本文中，术语葡萄糖可被理解为与根据本文所述的方法步骤由本文所述的分析物传感器在患者的间质液中测量的葡萄糖和/或与在患者的血液中测量的葡萄糖(即血糖)相关。
用于测量分析物浓度(例如葡萄糖浓度)的示例性分析物传感器可包括第一电极和第二电极，其中第一电极可配置为以与待测量的分析物发生电化学反应以生成电信号。
特别地，分析物传感器可配置成用于根据上述和本文示例性方法步骤中的一个、一些或全部来测量分析物浓度。
此外，示例性分析物传感器可包括不超过两个电极，特别地不超过两个单独的电极。
换句话说，示例性分析物传感器可包括恰好两个电极，即恰好两个单独的电极。
然而，示例性分析物传感器的单个电极可具有单独的部件/组件并且还可实现为组合式电极。
例如，所述示例性分析物传感器的第一电极/所述第一电极可为工作电极，例如在与分析物发生电化学反应期间可充当阳极。
第二电极可为选自包括以下类型的组的电极：对电极和组合式对/参比电极。
如前所述，使用本文示例性描述的分析物传感器，不需要多于两个单独的电极来提供分析物的可靠和准确测量。
相比于当前的分析物传感器，不需要额外的单独的专用参比电极。
特别地，在本文描述的分析物传感器设计中可避免使用易于发生不期望的材料磨损并且可能将不期望的材料泄漏到其环境中的参比电极，诸如例如Ag/AgCl(银/氯化银)参比电极。
第二电极材料尤其可包括生物兼容性材料，诸如例如金或铂。
本文所述的分析物传感器的仅两个电极设计进一步允许分析物传感器的制造成本效益更高和设计更紧凑。
为了实现/生成并促进分析物传感器与待测量的分析物的电化学反应，示例性分析物传感器的第一电极可包括至少一种酶。第一电极可包括仅一种酶或两种或更多种酶的混合物。仅一种酶为优选的。具体地，该酶能够催化转换分析物，特别是葡萄糖的化学反应。甚至更具体地，至少一种酶选自由以下项组成的组：葡萄糖氧化酶(EC 1.1.3.4)、己醣氧化酶(EC 1.1.3.5)、(S)-2羟基酸氧化酶(EC 1.1.3.15)、胆固醇氧化酶(EC 1.1.3.6)、葡萄糖脱氢酶、半乳糖氧化酶(EC 1.1.3.9)、醇氧化酶(EC 1.1.3.13)、L-谷氨酸氧化酶(EC1.4.3.11)和L-天冬氨酸氧化酶(EC 1.4.3.16)。特别地，至少一种酶为葡萄糖氧化酶(GOx)及和/或其修饰。
至少一种酶可包括在传感材料中。本文所使用的术语“传感材料”具体地可指，但不限于，可为或可包括至少一种聚合材料的材料；具体地，其可为或可包括至少一种聚合材料和至少一种含金属的络合物。含金属的络合物可选自由过渡金属元素络合物组成的组，具体地，含金属的络合物可选自以下：锇络合物、钌络合物、钒络合物、钴络合物和铁络合物，诸如二茂铁，诸如2-氨基乙基二茂铁。甚至更具体地，传感材料可为如例如WO 01/36660A2中所述的聚合过渡金属络合物，该文献的内容通过引用包括在内。特别地，传感材料可包括负载有通过二齿键共价偶联的聚(双酰亚胺基)Os络合物的改性聚(乙烯基吡啶)主链。合适的传感材料进一步描述于Feldmann等人,Diabetes Technology&Therapeutics,5(5),2003,769-779中，该文献的内容通过引用包括在内。合适的传感材料可进一步包括含二茂铁的基于聚丙烯酰胺的紫精修饰的氧化还原聚合物、吡咯-2,2'-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)-芘、萘醌-LPEI。聚合过渡金属络合物可表示并入交联氧化还原聚合物网络中的氧化还原介质。这是有利的，因为其可以促进至少一种酶或分析物与导电线路之间的电子转移。为了避免传感器漂移，氧化还原介质和酶可以共价并入聚合结构中。
在实施例中，传感材料可包括聚合材料和MnO2颗粒或催化过氧化氢氧化反应的任何其他材料以及至少一种酶。催化过氧化氢氧化反应的另一种材料为Pt(铂)。
此外，传感材料可另外包括至少一种交联剂；交联剂可例如能够使传感材料的至少一部分交联。
如前所述，第二电极可进一步配置为测量其环境中的氧饱和度/氧饱和度水平/氧饱和度浓度。
氧饱和度/氧饱和度水平/氧饱和度浓度的此类任选测量可用于补偿分析物传感器可能的测量误差，因为氧饱和度/氧饱和度水平/氧饱和度浓度可影响由分析物传感器用于测量分析物浓度，特别是在氧化电化学反应的情况下的电化学反应。
测量并输出患者血液和/或间质液中的氧饱和度/氧饱和度水平/氧饱和度浓度的任选可能性也可用于进一步的额外治疗和诊断目的。
在示例性分析物传感器中，第一电极和第二电极可布置在分析物传感器的基底的相对侧上。
该示例性设计能够实现更紧凑的分析物传感器和更具成本效益的制造，因为不需要在同一侧具有用于两个电极的导电线路。例如，可用第一电极/工作电极的导电材料覆盖基底的第一侧，并且可用第二电极/对电极的导电材料覆盖基底的第二侧，然后在必要时施加更多材料层，例如Ag/AgCl。
然而，可设想对于分析物传感器可实施其他设计，例如非平面设计，诸如圆柱形设计，其中第一电极可为棒状电极，并且第二电极可为围绕第二电极形成套筒的圆柱形电极，或者其中两个电极均为具有不同直径的圆柱形，使得一个圆柱形电极可以围绕另一者形成套筒。
可在用于测量分析物浓度的系统中实施本文示例性描述的分析物传感器。
例如，本文示例性描述的分析物传感器可为包括可植入医疗装置的系统的一部分，例如包括具有本文所述分析物传感器的可植入医疗装置的连续葡萄糖监测系统。
下面的图示出了本发明的以下方面。
图1：示例性分析物传感器的/其中的电流与电位关系的示例性特征曲线示意图
图2：用于使用电化学分析物传感器测量分析物浓度的方法的示例性流程图
图1示例性地显示了图表100，其示例性地示出了分析物传感器的/其中的电流(或电流密度)I(纵坐标轴，102)与电位(横坐标轴，101)E的关系的特征曲线或特征线103、104、105、106、107，该示例性分析物传感器用于待检测的分析物(例如葡萄糖)与示例性分析物传感器的第一电极(即工作电极)的酶(例如葡萄糖氧化酶)/在该酶处的电化学转化(例如经由氧化)的阳极和阴极部分反应。
特别地，曲线或线103、104、105和106显示对于不同量或浓度的待检测的分析物(例如葡萄糖)，示例性分析物传感器的第一电极(即工作电极WE或阳极)处的电流(或电流密度)与电位的关系的行为108。
所述曲线或线103、104、105和106尤其示出了在第一电极(即工作电极)处的示例性氧化反应对于足够大的电位饱和，如所述曲线的平台区103a、104a、105a和106a所示。
这是因为在所述足够大的电极电位下，分析物(例如葡萄糖)的量/浓度不再足够高以维持电化学转化过程/电化学反应。
在第一电极的电位足够低或为负时，电化学转化过程/电化学反应停止，即电化学转化过程/电化学反应，例如氧化，可为不可逆的。
曲线114示例性地示出了分析物传感器的第二电极(例如对电极CE或阴极)处的电流(或电流密度)与电位的关系的示例性行为107。
值得注意的是，第二电极处的电流(或电流密度)与电位的关系的行为107基本上不受或仅受可忽略量的分析物浓度的影响，即曲线114的形状基本上不受分析物浓度的影响。
对于分析物传感器的两个电极之间的施加的(经调制的)电压V(t)或电压电平VL112的给定电压，第一电极处的电流的量或绝对值等于第二电极处的电流的量或绝对值。
此处，这以用附图标记110标记的第一电极处的电流的量或绝对值IA来举例说明，并且其等于用参考符号111标记的第二电极处的电流的量或绝对值IC。
进一步注意，示例性指示符号A表示作为阳极的第一电极，并且示例性指示符号C表示作为阴极的第二电极，并且施加的电压V(t)或电压电平VL112(如前所述)可表示为：
VL＝EA-EC (5)，
其中EA表示分析物传感器的阳极处(例如第二电极处)的电位，并且EC表示分析物传感器的阴极处(例如第一电极处)的电位。
使用以上示例性描述的可能的装置和可能的方法步骤在分析物传感器的第一电极与第二电极之间施加经调制的电压信号，响应于施加的经调制的电压信号来确定电流信号V(t)，可基于确定的电流信号来确定分析物传感器的电位工作点Ewp，113，其中所述确定的电位工作点Ewp，位于分析物传感器电位的边界区/边界范围/分析物传感器的第一电极的电位的边界区/边界范围，其恰好位于饱和平台103a、104a、105a或106a之前，例如在曲线103、104、105、106的弯折或之前。
特别地，在分析物传感器的第一电极/工作电极/阳极与第二电极/阴极之间施加调制电压信号并且响应于施加的经调制的电压信号来确定电流信号V(t)，可允许隐式地确定/设置/达到/识别/获得分析物传感器所需的电位工作点Ewp，113。
例如，使用调节施加的经调制的电压信号V(t)的上述示例性步骤，使得例如确定的电流信号I(t)满足某个条件，例如根据等式3的上述条件，第一电极/工作电极/阳极处的电位被驱动朝向期望电位工作点Ewp，113。
特别地，如先前示例性描述的，待满足的可能的条件可为确定的第一电极处的电流信号的振幅与确定的平均电流信号的比率落入预定范围内，例如通过如等式3所示的示例性阈值设置，从而确定/设置/达到/获得/识别第一电极的电位工作点Ewp，113，即接近电位的饱和区，即恰好在饱和平台103a、104a、105a或106a之前，例如恰好在曲线103、104、105、106的弯折或之前。
施加的经调制的电压信号的调节例如可通过使用模拟或数字比例积分控制器(例如，作为输入的比例积分控制器)来进行。
分析物传感器/第一电极/工作电极/阳极的如此确定/设置/识别/获得/达到的电位工作点Ewp，113，然后可用作用于操作分析物传感器的参考电位。
在所示实例中，第一电极/阳极/工作电极处的电位EA对应于电位工作点Ewp，该电位工作点已通过施加经调制的电压信号或电压电平VL达到。
特别地，如此确定的分析物传感器的电位工作点Ewp，113，可确保由第一电极从与分析物的电化学反应生成的电信号(即电流信号)与待测量的分析物的浓度正相关，例如与待测量的分析物(例如葡萄糖)的浓度成正比，并且例如该比例关系保持恒定的比例因子，并且在分析物传感器的测量操作期间不受分析物传感器的电位变化或漂移的影响。
换句话说，由此确定的分析物传感器/分析物传感器的工作电极的电位工作点Ewp，113，可提供更精确的由电化学反应生成的电信号(例如电流信号)相对于待测量的分析物的浓度/浓度水平的更精确的相关性。因此，可获得待测量的分析物的浓度/浓度水平的更精确的测量。
为完整起见，应注意标有附图标记109的箭头示例性地指示待测量的分析物(例如葡萄糖)的浓度C分析物的增加值。
图2显示了用于使用电化学分析物传感器测量分析物浓度的示例性方法200的示例性流程图，其中分析物传感器包括第一电极和第二电极，并且第一电极配置为与分析物反应以生成电信号。
其中，可在第一电极与第二电极之间施加201经调制的电压信号，并且响应于施加的经调制的电压信号，可确定202电流信号。
然后可基于确定的电流信号来确定203分析物传感器的电位工作点。
然后可在确定的电位工作点处操作204分析物传感器/分析物传感器的第一电极，并且然后可基于/依赖于电信号(例如由分析物传感器从分析物与分析物传感器，即与分析物传感器的电极的电化学反应生成的电流信号)测量205待测量的分析物(例如葡萄糖)的浓度。
接着参考图1和图2，其中附图标记表示以下示例性方面、示例性特征和示例性步骤。
100示例性特征图表
101示例性电位，示例性横坐标轴
102示例性电流或电流密度，示例性纵坐标轴
103在分析物的示例性第一浓度水平下在第一电极/工作电极/阳极处的电流或电流密度与电位关系的示例特征曲线或线
103a标记示例性区/范围的曲线103的示例性平台，其中分析物与分析物传感器的电化学反应，例如氧化为饱和的
104在分析物的示例性第二浓度水平下在第一电极/工作电极/阳极处的电流或电流密度与电位关系的示例性特征曲线或线
104a标记示例性区/范围的曲线104的示例性平台，其中分析物与分析物传感器的电化学反应，例如氧化为饱和的
105在分析物的示例性第三浓度水平下在第一电极/工作电极/阳极处的电流或电流密度与电位关系的示例性特征曲线或线
105a标记示例性区/范围的曲线105的示例性平台，其中分析物与分析物传感器的电化学反应，例如氧化为饱和的
106在分析物的示例性第四浓度水平下在第一电极/工作电极/阳极处的电流或电流密度与电位关系的示例性特征曲线或线
106a标记示例性区/范围的曲线106的示例性平台，其中分析物与分析物传感器的电化学反应，例如氧化为饱和的
107第二电极/对电极CE/阴极的示例性行为
108第一电极/工作电极WE/阳极的示例性行为
109标记待测量的分析物(例如葡萄糖)的浓度/浓度水平增加的示例性方向
110第一电极/工作电极WE/阳极处的示例性电流/电流密度/电流信号
111第二电极/对电极WE/阴极处的示例性电流/电流密度/电流信号
112示例性施加的电压V(t)或电压电平VL
113示例电位工作点Ewp
114第二电极/对电极CE/阴极处的电流或电流密度与电位关系的示例性特征曲线或线
200用于使用电化学分析物传感器测量分析物浓度的示例性方法的示例性流程图
201,202,203,204,205示例性方法步骤。
Claims (15)
1.一种用于使用电化学分析物传感器测量分析物浓度的方法(200)，所述分析物传感器包括第一电极和第二电极，所述第一电极被配置为与分析物反应以生成电信号，所述方法包括：
在所述第一电极与所述第二电极之间施加(201)调制的电压信号，
响应于施加的调制的电压信号来确定(202)电流信号，
基于确定的电流信号来确定(203)所述分析物传感器的电位工作点，
在确定的电位工作点处操作(204)所述分析物传感器，以及
基于由所述第一电极生成的所述电信号来测量(205)所述分析物浓度。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中以时间离散步长施加在所述第一电极与所述第二电极之间的施加的所述调制的电压信号。
3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中响应于所述施加的调制的电压信号来确定电流信号的步骤包括：
响应于所述施加的调制的电压信号并且响应于在所述第一电极处从与所述分析物的反应生成的所述电信号来确定所述第一电极处的所述电流信号的振幅和平均电流信号。
4.根据前述权利要求所述的方法，其中基于所述确定的电流信号来确定所述分析物传感器的电位工作点/所述电位工作点的步骤包括：
调节所述施加的调制的电压信号，使得所述第一电极处的所述电流信号的确定的振幅与确定的平均电流信号的比率落在预定范围内，以确定所述第一电极的电位工作点。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述第一电极为工作电极，且/或其中所述第二电极选自包括以下类型的组：对电极和组合式对/参比电极。
6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中采集由所述分析物与所述第一电极的电化学反应释放的能量以便为所述分析物传感器的操作提供能量。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述分析物为葡萄糖，并且其中测量葡萄糖的浓度，且/或其中在显示器上输出测得的分析物浓度。
8.一种用于测量分析物浓度的分析物传感器，所述分析物传感器包括第一电极和第二电极，所述第一电极被配置为与分析物发生电化学反应以生成电信号，并且所述分析物传感器被配置成用于根据前述权利要求中的一项来测量分析物浓度。
9.根据前述权利要求所述的分析物传感器，其中所述第一电极为工作电极，且/或其中所述第二电极为选自包括以下类型的组的电极：对电极和组合式对/参比电极，且/或其中所述第二电极包括金或铂。
10.根据前述传感器权利要求中的一项所述的分析物传感器，其中所述第一电极包括以下各项中的至少一者：酶，例如葡萄糖氧化酶；和/或聚合过渡络合物，例如过渡金属络合物，所述过渡金属络合物选自锇络合物、钌络合物、钒络合物、钴络合物或铁络合物，诸如二茂铁，例如2-氨基乙基二茂铁。
11.根据前述权利要求所述的分析物传感器，所述第一电极包括至少一种过渡金属络合物，所述至少一种过渡金属络合物包括负载有通过二齿键共价偶联的聚(双酰亚胺基)Os络合物的改性聚(乙烯基吡啶)主链。
12.根据前述传感器权利要求中的一项所述的分析物传感器，其中所述第二电极被配置为测量所述第二电极的环境中的氧饱和度。
13.根据前述传感器权利要求中的一项所述的分析物传感器，其中所述第一电极和所述第二电极被布置在所述分析物传感器的基底/所述基底的相对侧上。
14.一种用于测量分析物浓度的系统，所述系统包括根据前述传感器权利要求中的一项所述的分析物传感器。
15.根据前述权利要求所述的系统，所述系统包括具有根据前述传感器权利要求中的一项所述的分析物传感器的可植入医疗装置。
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