CN101052727A - 用于测定生理或水性液体中被分析物浓度的被分析物测试系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于测定生理试样液体中至少一种被分析物的浓度的被分析物测试部件，包括以预定距离相对的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面具有充分相同的形成高表面能区域和低表面能区域的结构，第一表面和第二表面全等地对齐，其中，高表面能区域形成具有至少两个检测区域的试样分布系统，第一表面和第二表面的检测区域具有电化学检测设备的工作电极和对应的参考电极。被分析物试验元件内部包含的试样分布系统没有类似壁体、凹槽或者沟槽的用于将生理液体引导到检测区域的机械部件或结构部件，导致了容易的、成本有效的和可靠的生产过程。因为集成有校准程序，所以本发明的被分析物测试系统提供可靠的不受血型、血细胞比容水平、温度等影响的结果。

Description

用于测定生理或水性液体中被分析物浓度的被分析物测试系统
技术领域
本发明涉及生理液体如血液中被分析物如葡萄糖的定量分析，更具体地说，本发明提供一种生理或水性液体中被分析物定量测定的测试系统和测试方法，以及制备方法。
背景技术
确定生理试样中被分析物浓度在诊断和治疗各种疾病中起着主导作用。感兴趣的被分析物包括血液、血浆、尿或唾液中葡萄糖、胆固醇、游离脂肪酸、甘油三酸酯、蛋白质、酮、苯基丙氨酸、酶、抗体或缩氨酸等。
测量全血试样中葡萄糖浓度是特别常见的工作。因为糖尿病导致危险的生理并发症，这种生理并发症产生视力丧失、肾障碍以及其他严重的健康后果。只有严格的治疗和疾病管理，以及在锻炼、饮食和药物治疗上的调整，才能降低这些后果的风险。一些患者必须频繁地测试他们的血糖浓度，每天三次或更多次。这些患者、以及临床医生和医院需要一种准确度的、可靠的、合理便宜的方法来调整他们的检测方式，以避免长期糖尿病的长期病发。
随着适当设备的应用，对糖尿病有了更多的了解，自我监控以及自我治疗得到了更多的认可。目前出现了很多个人使用的和用于测试的设备和方法。这些设备和方法可用于怀孕、排卵、血块、酮以及胆固醇测试，但自我监控领域最主要是还是毛细血管血中葡萄糖的检测。
典型地，将生理试样液体例如毛细血管血置于试验条上以评估被分析物的浓度。试验条通常连接测试设备。如果试验条是设计用于光检测，测定设备测量光反射比和/或透射比；或者，如果试验条设计用于电活性化合物，则测定设备测量电特性如电流。
在最近的几年中，电化学生物传感器在诊断市场越来越突出并在反射光度测定系统上给患者带来一些有利条件。这种电化学生物传感器的主要区别是，与基于上部填充膜的反射比光测量系统相比，这种试验条的毛细管填充特性允许更容易地采样。另外，测量细胞可位于试验条的末梢，这样，在测试过程中，血样不会直接接触测量设备(仪表)，这样保持了设备的清洁和卫生，避免血液污染仪表。
目前已经发展了很多电化学的生物传感器。美国专利US5,288,636公开了一种示范性的电化学生物传感器，包括工作与计数/参考电极。工作电极表面上有反应剂，反应剂包括：能够催化反应的酶，包括酶的底物；能够在酶和工作电极之间进行电子传递的氧化还原介体；缓冲剂。向将要测量的包括被分析物试样的液体添加反应剂之时，发生了反应，这种反应对被分析物进行氧化，还原了氧化还原介体。在反应之时或之后，在电极之间产生电势差。测量由这种还原型的介体的电氧化产生的电流，这种电流与试样中被分析物的量有关。
在一个典型的实施例中，电化学系统包括位于支撑件上的两个电极，支撑壁包围支撑件以形成空腔(cavity)，这种空腔可以足够小，由毛细作用填充(美国专利US4,900,424；Birth el al.，1987)，或者在扩散层或网孔层的帮助下填充(美国专利US5,628,890；Carter et al.，1997)。
由于被分析物的试验条在大规模制造中原材料及工艺的变化，所以不能保证从某批试验条到下一批试验条中，具有足够的试验条之间的再现性。因此，所有已知的系统都需要必须是在生产过程中进行校准的试验条。在使用时，可通过手动或自动方式将校准信息提供给仪器。在第一种情况下，用户必须随着每批试验条输入数字形式的校准信息；在第二种情况下，通过条纹、颜色或数字编码特征将信息编码到试验条中。因此，这种类型的校准信息表示试验条在生产时的功能特性，这种试验条的特性在两年后的使用之时，可能相同或不同。
另外，生理试验液体的测量过程可能受其他各种因素影响。全血分析的典型并发症是红血球水平的易变性，导致分析结果不能反映出试样中真实的被分析物浓度。
PCT/EP200400228中公开了一种用于光度检测和定量测定生理液体中被分析物的试剂试验条，这种试剂试验条与使用标准加入法的集成校对系统一起提供。
但是，目前还没有适合用于电化学确定和定量确定生理液体中被分析物的、集成校准和质量控制装置的被分析物测试系统。
因此，本发明的目的是提供一种采用集成校准装置的被分析物测试系统，这种被分析物测试系统记录及补偿由生产过程的波动、或者由被分析样品本身的变化而产生的变化，并具有用于测量生理液体样品中被分析物浓度的电子检测设备。
本发明的另一个目标是提供一种电化学被分析物试验元件的生产工艺，这种生产工艺不会涉及大量的以及复杂的生产步骤，所以不会昂贵，这种生产工艺可用于生产帮助患者自我控制血糖或其他重要生理参数的产品。
发明内容
本发明提供一种测定生理液体如血液、血清、血浆、唾液、尿、细胞间质和/或细胞内液体中的被分析物如葡萄糖、胆固醇、游离脂肪酸、甘油三酸酯、蛋白质、酮、苯基丙氨酸或酶的浓度的部件，这种装置(device)在干试剂试验条(dry reagent test strip)中结合了校准与质量控制装置与电化学检测装置。本发明被分析物测试装置的生产仅仅涉及小数量的简单的生产步骤，能够廉价地生产这种试验条。
因为集成了校对程序，本发明的被分析物测试系统提供了与血型、血细胞比容水平(haematocrit level)、温度等无关的可靠结果。另外，也可以通过集成的校准过程来补偿生产过程的波动。此外，本发明可以检测活性化合物的老化，以及补偿和/或记录；，这能够延长产品在适宜存储条件下的货架期(shelflive)。
本发明提供一种用于测定生理试样液体中的至少一种被分析物浓度的被分析物测试部件，它具有以预定距离相对的第一和第二表面，第一表面和第二表面具有充分相同的形成高表面能区域和低表面能区域的结构，第一表面和第二表面全等地对齐，其中，高表面能区域形成具有至少两个检测区域的试样分布系统，第一表面和第二表面的检测区域具有电化学检测设备的工作电极和对应的参考电极。
被分析物测试部件内部包含的试样分布系统没有类似壁体、凹槽或者沟槽的用于将生理液体引导到检测区域的机械部件或结构部件，导致了容易的、成本有效的和可靠的生产过程。因为集成有校准程序，所以本发明的被分析物测试系统提供可靠的不受血型、血细胞比容水平、温度等影响的结果。
在另一方面，本发明提供一种制备本发明的被分析物试验条的方法，包括以下步骤：
将工作电极结构应用到具有第一表面的第一层上；
将对应的参考电极结构应用到具有第二表面的第二层上；
在具有第一表面的第一层上形成具有高表面能和低表面能的区域；
在具有第二表面的第二层上形成对应的具有高表面能和低表面能的区域，高表面能区域形成具有n个检测区域的亲水的试样分布系统，其中n是大于2的整数，工作电极和参考电极位于亲水试样分布系统的n个预定检测区域下面；
将催化配方涂布到第一表面的n个检测区域上，所述催化配方促进了使用电化学检测设备对生理液体试样中包含的被分析物浓度的检测；
将n种校准配方涂布到第二表面的n个检测区域上，所述n种校准配方包括m个空白配方以及n-m个具有不同水平的校准化合物的配方，其中，m为至少是1的整数，并且n＞m，所述校准化合物与被分析物相同或者充分等效，以及能够像生理液体试样中的被分析物一样与催化配方引起相同的化学反应；
将第一和第二表面的层应用到具有间断的中间层的相对位置上，所述间断提供试样分布系统的腔，所述试样分布系统由底层和涂覆层的第一和第二表面上的高表面能的区域构成。
在一些实施例中描述的被分析物试验元件适用于各种校准处理以及不同的被分析物和电化学测试方法，很容易将被分析物试验元件集成到用于单次测量的试验条中，或者集成到更为复杂的安排中如被分析物试验盘或者弹药带，为多次测量提供基本单元。
根据后文的描述以及附图，本发明以及优选实施例的其他特点和优点将变得显而易见。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明以试验条的形状提供被分析物测试部件的一个实施例的透视图；
图2是图1部件的分解图，独立地示出了不同的层；
图3示出了底层和覆盖层上不同的连续涂层；
图4是被分析物测试部件的试样分布系统的检测区域的截面图；
图5a到5d示出了以试验条的形状的被分析物测试部件的连续网状生产过程的步骤；
图6示出了试样分布系统的不同实施例，这些试样分布系统具有适用于不同校准方法的不同的路径和检测区结构；
图7是使用标准加法计算被分析物浓度的图；
图8是计算结果和校准数据的验证方法的图；
图9是独创的试验条与仪表的示范应用；
图10是插入已插入的被分析物试验条的被分析物测试系统的，所述试验条已经准备好才能够凭人的指尖接收毛细血管血的试样；
图11是被分析物试验盘的结构；
图12是被分析物试验盘与被分析物试验条的比较；
图13是具有集成的被分析物试验盘的被分析物测试系统；
图14是以左手处理模式和右手处理模式的带有被分析物试验条的被分析物测试系统；
图15是被分析物试验弹药带及以折叠形成堆栈的弹药带。
图4所示的层不是按比例的，尤其是层6、14、18和19的厚度已经被放大。
具体实施方式
图1示出了本发明的被分析物试验部件1的试验条形状，包括底层2、覆盖底层2的中间层3和覆盖中间层3的覆盖层4。中间层3是具有间断5(见图2)，间断5与底层2和覆盖层4一起形成空腔。试样分布系统6位于所述空腔中，与位于被分析物试验条一侧的样本应用区9连接。样本应用区9作为用户的接口(interface)，最好由从被分析物试验条的主侧伸出来的凸出挤压件(convex extrusion)10形成，以能够更容易地敷用试样。与样本应用区9相对，在被分析物试验条的第二主侧上是气孔(未示出)的位置。将生理液体分布到试样分布系统之时，气孔能够排气。
另外，被分析物试验条1具有定位结构元件(registration feature)7，定位结构元件7用于区分被分析物试验条的类型，例如，用于确定不同的被分析物。通过这种方式，在确定特定的被分析物而需要插入试验条之时，可使用可选的参数引入多个被分析物仪表使来运行特定的程序或步骤。如图2所示，图2以分解图示出了图1的多层结构。底层2提供第一表面2a，第一表面2a给工作电极8、电化学检测设备的传导路径与触点11提供衬底。覆盖层4提供第二表面4a，第二表面4a为对应的基准电极8’电化学检测设备的传导路径与触点11’提供衬底。
另外，底层2的第一表面2a具有亲水结构6，亲水结构6形成了第一部分的试样分布系统。疏水绝缘层14围绕亲水结构6，作为试样分布系统中试样液体的疏水“保护”元件，以及作为连接工作电极8与电化学检测设备的导线的电绝缘体。同样，覆盖层4的第二表面4a具有对应的亲水结构6’，亲水结构6’形成了第二部分的试样分布系统。疏水绝缘层14’围绕亲水结构6’，作为试样分布系统中试样液体的疏水“保护”元件，以及作为连接工作电极8’与电化学检测设备的导线的电绝缘体。
形成试样分布系统的具有高表面能的区域的亲水结构6、6’包括预定数量的被分析物测试区域6a、6’a和试样通道6b、6’b(见图3)，在安装这种多层结构之时，被分析物测试区域6a和6’a、试样通道6b和6’b几乎全等地对齐和定位。另外，工作电极和参考电极8、8’与底层和覆盖层上的亲水结构6、6’形成的试样分布系统测试区域6a、6’a相匹配。
中间层3隔开底层和覆盖层，中间层3定义底层2的第一表面2a与覆盖层4的第二表面4a之间的距离以及电极系统8与8’之间的距离。中间层3是一面涂有胶层的高分子薄膜，但也可以使用印刷层或者由垫片隔开的其他层来实现。中间层3提供了所需的底层2的第一表面2a与覆盖层4的第二表面4a之间的空间。对于被分析物元件的功能而言，最重要的是中间层提供准确和精确的底层与覆盖层之间的距离。
中间层3具有间断5，间断5与底层2的第一表面2a、覆盖层4的第二表面4a一起构成空腔。试样分布系统就位于这个空腔中，试样分布系统相应地由第一表面2a上的亲水结构6、6a上的疏水绝缘层14、14’形成，第二表面4a位于由该第三层3的间断5和底层2的第一表面2a以及覆盖层4的第二表面4a所形成的空腔之内。优选地，有意地让空腔大于试样分布系统。在有效的被分析物测试部件中，所应用的试样液体进入试样分布系统的亲水通道(具有高表面能的区域)上的测量室，该测量室由亲水结构6和6’形成；所应用的试样液体还被试样分布系统的预定流动路径6b、6’b和检测区域6a、6’a(见图3)的疏水绝缘层14和14’(具有低表面能的区域)约束，所述试样分布系统在底层2的第一表面2a与覆盖层4的第二表面4a之间。因此，试样不会填满被分析物试验元件的整个腔体，从而即使在多根工作电极的情况下也允许小于0.5微升(uL)的非常小的样品体积。
因为中间层3的间断5的目的仅仅是与亲水结构6、6’一同形成试样分布系统的腔体，所以腔体可以具有不同的形状，例如伞形、矩形或圆形。中间层3的间断5不影响在亲水结构6、6’上形成的试样分布系统，从而不影响或改变所要求的试样体积。与试样分布系统结构6、6’相比，腔体的形状是相当简单的，从而允许应用简单的打孔工具进行快速处理，对记录精度没有过多要求。
此外，中间层3提供凹口12以露出底层的工作电极8a的触点11、覆盖层的工作电极8a’的触点11’。
图3是本发明的被分析物的测试部件的优选实施例的构造步骤。开始步骤如a)所示，制备底层2和覆盖层4，底层2提供第一表面2a，覆盖层4提供第二表面4a。底层和覆盖层通常由固体高分子膜构成。在一些实施例中，最好选择透明高分子膜作为衬底以允许患者能够监控被分析物试验条中被分析物测试部件的填充情况，但是对于正常的被分析物测试系统这不是必须的。
接下来的处理步骤是应用电极和传导轨道(b行)。在本发明根据图3的实施例中，电化学检测设备的工作电极8应用到底层2的第一表面2a上，电化学检测设备的参考电极8’应用到覆盖层4的第二表面4a上，当然，也可将电化学检测设备的工作电极8应用到覆盖层4的第二表面4a上，参考电极8’应用到底层2的第一表面2a上。此外，一部分或者所有的参考电极可以互相连接。
本领域中有一些已知的技术用于工业生产导电轨道和电极，这些技术可应用于这个步骤。适宜的有：碳或者贵金属墨的丝网印刷；碳或贵金属的物理或化学的蒸发沉积，随后使用激光或者光刻形成所需要的电路结构；或者，在相容表面(compatible surface)上进行贵金属的化学沉积。以蒸发沉积工艺处理的清洁的贵金属结构如金、钯和铂是最适用于可靠的和可再生的电化学测量。在优选的实施例中，使用镀金，最好是镀钯的聚酯衬底如MYLAR或MELINEX来形成被分析物试验元件。所需要的电路结构最好是采用YAG激光对金属层进行消融而生产。长波长(1064nm)的激光主要蒸发金属并保持高分子膜完成，因此，这种构造步骤是非常有效的，避免烧坏的塑料颗粒污染金属层。
完成底层2的第一表面2a的电路结构之后，给覆盖层4的第二表面4a提供相同的亲水结构6、6’，亲水结构6和6’表现出高表面能的区域，可吸附试样液体(见行C)。以电极8、8’与试样分布系统的检测区域6、6’相匹配的方式施用亲水结构6、6’。通过印刷疏水绝缘层14、14’(行d)来完成底层和覆盖层的制备。疏水绝缘层起两个目的：绝缘传导电路的其他部分，仅仅露出电极和触点；限制试样液体进入试样分布系统的亲水部分。另外，可以通过疏水性油墨并采用想要的颜色、信息文字或者产品标识语来装饰被分析物测试系统。更优选地，通过苯胺印刷(flexography)法来完成印刷步骤。但是，其他的印刷与涂层工艺如凹板印刷、平版印刷、胶印、油墨喷射印刷技术也可以应用到亲水层和疏水层上。其中，由于固体油墨自身的蜡质特性，固体油墨印刷技术是理想地适用于亲水和疏水层上。
苯胺印刷术支持轮转印刷机的高分辨率打印，支持高速处理，是公认的在高分子膜衬底上印刷的技术，广泛应用于包装业中。为获得薄至2～4微米的光滑涂层，优选低粘度的油墨。四色苯胺印刷机的运行被认为是现实的，不会有操作问题。尽管基于溶剂或者紫外光固化油墨(UV-curing ink)被认为适用于制造被分析物试验条，而电子束(EB)固化油墨却更好。这些油墨对机械和化学因素具有最高的抵抗力，其含有100％的聚合物，可选地包含色素，但是没有易挥发的有机溶剂和光引发剂(photo initiator)，已经证明易挥发的有机溶剂和光引发剂影响传感器的化学稳定性。性能特性上的这些正面增加来源于电子形成交联聚合膜以及穿透表面的能力。
EB固化中使用的墨应用了丙烯酸单体和低聚体的聚合能力。丙烯酸的化学性质对当代的墨具有特别的重要性(6J.T.Kunjappu.“The Emergence ofPolyacrylates in Ink Chemistry”，Ink World，February，1999，P.40)。最简单的丙烯酸化合物，丙烯酸的结构如下所示：
CH2＝CH-COOH
在使用电子(引发剂)进行反应时，丙烯酸半族(moiety)中的双键断开，形成自由基，这种自由基对其他单体起作用，形成高分子量的聚合链。如上所述，游离引起的聚合不需要外部的引发剂，因为辐射本身产生自由基，导致没有引发物留在涂层中。
可用于EB固化的丙烯酸单体从简单的丙烯酸盐如2-苯氧甲基丙烯酸盐和异辛基丙烯酸盐到预聚物如双酚A环氧丙烯酸盐和聚酯/聚醚丙烯酸盐(R.Golden.J.Coatings Technol.，69(1997)，P.83)。这种固化技术允许设计“功能性油墨”，这种实用墨水关注于想要的化学与物理特性，不需要其他油墨所要求的溶剂和固化系统，要求溶剂和固化系统的这些油墨使得设计过程变得复杂。
可从交联的可水溶的聚合体中实现具有亲水功能的油墨，例如，多元醇、乙二醇氧化丙烯酸衍生物、乙烯吡咯烷酮等。特别感兴趣的是有机金属改性的硅树脂丙烯酸盐，它属于交联的有机金属改性聚硅醚。典型的疏水墨包括具有疏水功能的单体、低聚体和预聚体如异辛基丙烯酸盐、十二烷基丙烯酸盐、苯乙烯派生物或具有部分的氟化碳链的系统。
在完成底层和覆盖层所要求的所有传导性、亲水性和疏水性涂层之后，在预定的检测区域(6a和6’a)添加催化配方和校准配方。在根据图3的测试部件的实施例中，检测区域第一表面的6a1、6a2和6a3涂布有包含酶和催化剂的催化配方，有一个区域(6c)保持不涂布。对应的检测区域6’a1、6’a2和6’a3涂布有校准配方，其中两个检测区域(如6’a2和6’a3)涂布包括不同浓度的校准化学物的校准配方，而涂布到第三个检测区域(如6’a1)的配方中不包含校准化合物。再次，检查区域(6c)不涂布以进行背景评估。
图4是试样分布系统的截面图，示出了底层2上作为试样分布系统的第一部分的工作电极8、亲水层6a和所涂布的酶催化剂层18，以及示出了对应的作为试样分布系统第二部分的参考电极8’、亲水层6’a和所涂布的校准配方19。试样液体20润湿由亲水层6a和6’a构成的高表面能的区域，并被疏水绝缘层14和14’约束在试样分布系统中。
放置催化和校准配方的准确度是很关键的，它定义了被分析物测试系统的性能。优选地，借助高精度喷墨系统或者压电打印头来施用这两种配方。墨通常由水和催化化合物或校准化合物来组成，并在稍高温下干燥。这些油墨配方主要用于在施用试样后快速还原而不损坏被分析物测试系统的疏水区域。
适用于本发明的催化配方是基于不反应的基质、电子转移成分(介体)和酶或者作为催化剂的酶组合。不反应的基质提供载体，这种载体需要适合喷墨打印、酶稳定和固定到检测区域的表面。对于100毫升的配方，典型的化合物如下：
不反应的基质：
蒸馏水                    65毫升    溶剂
柠檬酸                  2.4克    缓冲系统
二水合柠檬酸钠          3.2克    缓冲系统
聚乙烯乙醇              1.0克    硬化抑制剂
BSA                     3.0克    酶稳定剂
Gafquat 440(ISP公司)    1.0毫升  薄膜形成剂
Advantage S(ISP公司)    1.0克    薄膜形成剂
PVA(低分子量)           1.5克    酶稳定剂
将PH调节到6.5并加满至100毫升
催化配方：
(所有的组分都是添加到100毫升不反应的基质中)
GOD(黑曲霉，Aspergillus niger)    2.0克(250U/mL)
六氰合铁(III)酸钾                 2.2克
催化配方取决于将要检测的被分析物。对于葡萄糖检测，配方可以是作为示范性催化剂的葡萄糖氧化酶(GOD)和六氰合铁(III)酸钾。对于其他的应用或者适用于不同的酶和被分析物的试验，可能会改变所选择的催化剂。常用的催化系统有：六氰合铁(III)酸钾、四氰基对醌二甲烷(TCNQ)、甲基紫(MV2*)、tetrathiafulavene(TTF)、N-methylphenzinium(NMP*)、1，1’-二甲基二茂铁、钌、锇双吡啶、二茂铁和它们的衍生物。
不同的酶和催化剂也需要调节不反应基质的PH值。替换地，六氰合铁(III)酸钾能够使用吡咯-喹啉-醌葡萄糖脱氢酶(GDH-PQQ)代替GOD。具有GDH(葡萄糖脱氢酶)酶的传感器显示出与具有GOD酶的传感器类似的性能，具有降低的氧敏感性和更高的葡萄糖与麦芽糖的交叉反应。
适用于校准配方的油墨由不反应的基质和所要求浓度的校准化合物组成。优选地，涂布在第二表面4a的预定检测区域6a的校准配方19中包含的校准化合物与被分析物相同，或者充分等效，在催化配方中引起的化学反应与被分析物在生理液体试样中引起的反应相同。如果生理试样中感兴趣的被分析物是葡萄糖，那么，校准化合物也优选葡萄糖。
完成印刷和涂布步骤之后，可使用两种方法来收集颗粒。第一种方法是对齐三个分开的层：将中间层放到底层上，接着放置覆盖层，完成层叠过程。底层和覆盖层的紧密的xy定位对于被分析物测定部件的功能是很关键的，如果没有取得这种定位，那么，试样分布系统不会运行得很好。定位容差值应该在亲水通道的宽度的+/-5％之内以获得良好的性能。施用中间层的双侧胶带最好是50～80微米厚，这不是很重要，因为与亲水通道相比，材料中具有相对大的间断。
替换地，可使用特定的引述处理来施加50～80微米的墨层作为中间层。这种替换的中间层结构首选的是电子束固化油墨，因为这种油墨在固化过程中具有最小的收缩。与高质量的胶带的厚度变化相比，这种替换的印刷处理可带来中间层厚度的更高可变性。
在衬底每分钟前进几米或者数十米的连续生产线中，尤其需要定位。衬底膨胀以及纸幅张力(web tension)使得x方向的定位(纸幅的方向)比垂直于纸幅的y方向的定位更容易。图5示出了解决这个问题的方法：覆盖层和底层都印刷在一个衬底上。这样，试样分布系统的预定检测区域与流动路径彼此相对固定，不受材料膨胀和纸幅张力影响。
在根据图5a的连续纸幅生产过程的第一生产步骤中，将试样分布系统的亲水结构6、6’、电化学检测设备的工作电极和参考电极8，8’的结构印刷在一个纸幅衬底44中，形成覆盖层和底层。如图5a所示，所印刷的试样分布系统6和6’彼此相对地排列在衬底44上，并在随后将是试样施用区域的区域链接。因此，预定检测区6a、6’a彼此相对固定，不受材料膨胀和纸幅张力影响。
在一个替换实施例中，第一表面和第二表面中只有一者具有亲水/疏水(6，14)来创建试样分布系统。在一个优选实施例中，第一表面或者第二表面具有亲水/疏水结构(6，14)，其中，对应的表面具有相同的亲水像素结构，所述亲水像素被疏水区包围从而让表面具有半亲水半疏水的特性(两性的特性)，不再需要将第一表面的亲水和疏水结构(6，14)与第二表面等量的亲水和疏水结构(6’，14’)相校准。通过亲水像素的几何结构以及亲水区与疏水区的总比率，很容易设计这种两性表面的特性。在本发明中，按如下设计两性特性各自的亲水区与疏水区的比率：仅仅在相对表面具有亲水特性之时，试样液体才会从亲水像素前进到亲水像素；如果相对表面具有疏水特性，被分析物试验元件的毛细管间隙中的液体的移动将会停止。这种机制允许上述的方法能够形成有效的被分析物原件，而不严格需要精确定位第一表面和第二表面上的试样分布系统的对应结构。但是，最好是第一表面和第二表面都具有相同的高的和低的表面能，以确保试样液体迅速地和精确地分布到试样分布系统的亲水通道上。
点线46表示将来分离被分析物试验条的裁切线，点线45表示纸幅衬底将来的折线。
在印刷工作电极和参考电极的结构后，使用催化配方和校准配方涂布试样分布系统的亲水结构、疏水绝缘层、检测区域6a和6’a。例如，纸幅衬底44较低行的检测区域6a，表示被分析物元件的第一表面，涂布有包含酶和介体的催化配方；纸幅衬底44较上行的检测区域6’a，表示被分析物试验元件的第二表面，涂布有包含不同水平的校准化合物的校准配方。其中一种校准配方(例如，处于6’a1上)不包含校准化合物，以及在检测步骤中传递生理液体的读取。
如图5b所示，因为中间层提供了较大的间断5，间断5对于连续制造模式的生产过程中具有足够大的容差，所以对提供底层与覆盖层之间的空间的中间层进行记录的任务变得不太关键。如果中间层47是印刷的，那么在被分析物试验条的苯胺印刷中它将作为最后步骤。替换地，由双面胶带形成的另一个层47层叠在一个表面上，如底层2的表面2a。
中间层47定义底层的第一表面和覆盖层的第二表面之间的距离，具有缺口(breakthrough)5、12和13，这些缺口用于暴露试样分布系统6和电极11、11’的触点，以及在最后的装配步骤之后在被分析物测元件上形成试样分布系统的腔体。
图5c和图5d示出了装配被分析物测试部件的最后步骤。通过沿着折叠线45将纸幅表面44的上半部分折到纸幅表面的下半部分上来装配被分析物试验条，如图5c所示，借助折叠熨斗形成图5d所示的夹层的纸幅。随后，使用镇压器确保中间层、底层和覆盖层紧密连接。
最后，切割多层的纸幅或者剪成想要的产品形状，其中，在分割步骤之前，点线46提供了最终的被分析物试验条的示范形状。在图5所示的制备方法中，衬底的顶部可折到底部而不会有丢失纸幅x方向定位的风险，与单纸处理相比，这提供了更容易地得到形成试样分布系统的第一和第二表面的正确定位。
在优选的实施例中，被分析物测试部件包含的试样分布系统所要求的体积大约是0.5到1.0微升，每个检测区域大概要求100到150纳升(nL)。然而，本领域技术人员将意识到，试样分布系统的体积可随着各种设计、使用的预定检测区域的数量、以及中间层3的厚度而变化。
图6示出了不同试样分布系统的各种结构。图6的格子AI示出了适用于线性校准的简单的试验分布系统。图6的A列示出了主要的没有背景校准的设计，B列是具有背景校准的试样分布系统的设计，C列示出了相邻设计(adjacent design)可获得的多项校准等式的最高位，列n表示每个表面上预定检测区域的最少数量，也就是要求测量的数量。每种设计上的文字表示表示背景校准(c)、试样(1)以及所有有关的校准区(2、3、4、5和6)的位置，这些校准区(2、3、4、5和6)的校准化合物的量递增。最简单的校准是用线性等式表示的，其中，测量与被分析物浓度之间的关系是成严格比例的。通常使用标准加法来执行被分析物元件的校准，也就是将已知量的校准化合物添加到不同校准区的试样液体中，随后计算线性的或者单调非线性的校准等式。
图7对于情况I行进行详细的解释。校准模式或者顺序(C列)需要适用于所选择的被分析物和所使用的测试化学物，因此可能不能对依照第四顺序的化学反应来应用线性模式，反之亦然。但是，依然可能使用为第五标准加法而设计被分析物测试部件进行线性校准，与基于两种标准的线性校准相比，更多数量的标准将得到更准确的测量，以及按照测试的纠正因子、标准偏差和标准差进行更高显著性的统计确认。
此外，再现试样以及标准测量也是可能的，如行IV所示的实施例中，能够对于一种特定的生理液体试样进行两次独立的线性校准。同样，也可以使用相同的被分析物试验条来确定两种被分析物。
替换地，如果所选择的检测化学物不产生干扰，以及一个反应的反应离析物和产品不参与其他的反应，那么，可在相同的预定检测区域实现多个被分析物测试系统。此外，需要独立地在在两种不同的电极电势上确定氧化还原活性的反应产物。在这种检测方案中，将测量设备切换到更高电势以监控第二产物之前，首先确定低电势反应的产物。因此，以有序的方式检测被分析物，与上述的情况相比，这种情况需要更多的时间。
如果被分析物试验元件设计用于之悉尼港n个检测，其中n是大于2的整数，对第一表面2a上的n个检测区域6a都涂布催化配方(酶介体层)18，促进对生理试样液体中的被分析物的检测，其中第二表面4a上的n个预定检测区涂布校准化合物或被分析物和m个空白配方，其中m是至少是1的整数，n＞m。换言之，试样分布系统的n的检测区域中，至少一个检测区域不包含校准化合物。
在生理液体施加到试样施加区以及通过毛细作用分布到预定的检测区域之后，生理液体溶解第二表面2a的n个预定检测区域上的n份催化配方以及第二表面4a上的n个预定检测区域上的n份催化配方，形成被分析物、校准化合物(它与被分析物可以是相同)的、酶和介体的混合物。在这n种混合物中，电化学可检测的种类的浓度随着不同水平的校准化合物以及未知水平的被分析物成比例地变化，从而能够通过电化学检测设备确定n种结果，从而计算被分析物的浓度。优选地，施加到预定检测区域的催化配方和校准配方是容易被生理液体或者其他溶剂溶解的。施加到彼此相对的检测区域的两种配方逼近放置，让组分易于快速混合，让检测区域包含的所有化学组分快速反应，以加快地对被分析物浓度进行的快速电化学测定。
因为试样分布系统中排列有多于两个的检测区，其中至少两个检测区域包含已知的但不同水平的校准化合物，所以能够从被分析物试验元件的生理液体的n次测量中计算出被分析物的未知浓度。
图7示出了通过线性标准加法计算被分析物浓度的典型方法。线性标准加法是已知的用于分析化学各领域的计算技术，现在是首次被结合和应用于干反应剂试验条的电化学检测。在这个例子中，试样分布系统包括三个被分析物检测区域，其中两个涂布有预定到不同水平的校准化合物。将生理液体施用到试样分布系统之后，在被分析物检测区域发生催化反应，电化学检测工具测量到第一电化学信号21a，例如位于具有第一水平的校准化合物的第一检测区域的试样产生的电流。这个检测区域的信息显示表示与第一校准化合物以及被分析物的组合浓度成比例的信号。对应地，位于具有第二水平的校准化合物的检测区域上的试样产生第二电化学信号21b，这个信号表示与第二校准化合物以及被分析物的组合浓度成比例的信号。另外，在仅仅包含具有未知被分析物浓度的试样的检测区域中测量到第三电化学信号21c。
因为电化学信号与被分析物浓度具有线性相关性，所以被分析物测试系统的处理设备通过对测量的线性回归分析能够计算出上述例子的校准等式y＝c0+c1x中的因子。通过上面计算的校准等式的0点(y＝0)确定生理液体试样中被分析物的浓度。
可适用的校准等式的一般表达形式是：
y = Σ 1 n - 1 { c ( n - 1 ) x ( n - 1 ) }
其中，y＝f(电化学测量的结果)；x＝f(校准化合物的浓度)；测量的次数n不包括重复的或背景测量。
这个多项等式结合图6中表示的n个值，为上述附图中各种试样分布系统提供最有用的校准模式。y和x的值表示由函数计算的数据，允许对由检测设备产生的原始数据进行处理。因此，使用对数函数对原始数据进行线性化的可能的。
从上面的讨论显然知道，本发明不限于图6所示的试样分布系统的设计，领域内技术人员根据所提供的信息能够设计出n大于6的系统。
Frank et al.，(Anal.Chem.，Vol.50 No.9，August 1978)和Saxberg et al.，(Anal.Chem.，Vol 51，No.7，June 1979)对线性和非线性标准加法进行了详细介绍。
本发明的被分析物试验元件根据图3的优选实施例包括四个检测区，一个检测区域包含催化化合物但不包含校准化合物(分别是6a1和6’a1)，一个检测区域包含催化化合物以及第一浓度的校准化合物(分别是6a2和6’a2)，一个检测区域包含催化化合物以及第二浓度的校准化合物(分别是6a3和6’a3)，一个检测区域用于背景吸收(分别是6c和6’c)。对于最后的那个检测区域，它要么包含校准化合物要么包含会话化合物，它能够确定试样的背景吸收以及在校准过程中考虑这种背景吸收。
图8是对所计算的结果和校准数据进行预验证的方法。通过定义用于验证和纠正测量的“有效窗口”23b来验证测量结果的有效性。通过这种方式，被分析物测试系统能够将所有的数据约束到有效地和有用的浓度范围，例如30到600毫克/分升葡萄糖，有效的电化学信号范围通常是0到5微安，这取决于电极材料、介体、电势和电极区。同样，处理设备能够将倾斜和截距、更通常是是因子c0到c(n-1)约束到有效范围，这对于非线性多项等式是特别有用的。图8示出了有效窗口的边界内的校准线23a上的多个有效测量，见编号24a到24c。
更加有效的是经过统计评估和线性回归分析的结果的有效性。可通过校准因子r2以及置信区间来判断校准的质量，因此，如果校准因子落在置信域(pre-programmed threshold)之下，被分析物测试系统即可以不显示出测量结果。替换地，处理设备能够基于所计算的置信区间计算结果的容差或者浓度范围。这些方法能够严肃地控制提供给患者的结果的质量，目前所知道的和使用的这些结果仅仅来自复杂的和昂贵的实验室方法和设备。对于患者/用户，尤其是医院的设定值中，更重要的是，在测量之时的质量保证。
图9示出了将被分析物试验条插入被分析物测试系统的方法。在一个优选实施例中，被分析物试验条在主侧设计有侧部和凹入的伸展区，试样采样区9就位于该伸展区内。这个特征允许容易地从患者手臂或者手指采样校准血样，如图10所示。
在本发明的另一个实施例中，如图11所示，多个被分析物试验条围绕中心点对称地排列，形成具有朝外的试样采样区9的被分析物试验盘29。根据图11a的被分析物试验盘29包括9个根据本发明的被分析物测试部件1。如图11b的分解图所示，被分析物试验盘29被盘盖或盘套覆盖，所述盘盖或盘套由顶层30和底层31组成。顶层30和底层31的内侧具有吸湿层32，在被分析物测试部件采样后以及在卡盘系统(cartridge system)中转移之时，俘获过多的血液。盘盖的顶层30和底层31具有贯穿口，它们彼此全等地排列，形成光学窗口(optical windows)25以露出正在使用的被分析物测试部件，帮助用户以正确的方向将盘插入到仪表中。在盘盖顶层30和底层31的外围与光学窗口25邻近的是两个凹口26，用于露出被分析物测试部件盘的试样采样区9。到被分析物部件的工作电极触点28a位于到参考电极的触点28’a相对侧面，它们在盘29的内边缘对齐，以将触点露出给仪表。优选地，测试盘29还具有记录槽33，它也位于盘29的内边缘。在测量过程中，只有正在用于被分析物测定的被分析物试验元件从凹口26露出，如图11c所示。被分析物试验盘29能够绕着它的中心点旋转，以将新的被测试部件带到需要的位置。
通过被分析物试验盘，能够将多个被分析物测试部件排列在相对小的区域。图12是被分析物试验盘与被分析物试验条的大小比较，可看到，被分析物试验条中包含相同数量的被分析物测试部件会要求更大的区域，从而需要更多的材料。其中，被分析物试验盘29的单元区域34包括9个被分析物测试部件1，而相同的区域35仅仅能够容纳结合到3个被分析物试验条的3个被分析物测试部件。但是，减少被分析物试验条的大小是不明智的，因为较小的条对患者而言会变得难于操作和不便操作。
图13a和图13b示出了包括仪表的被分析物试验盘，其中，试样采集区9同样伸出仪表外壳36。
不但被分析物测试部件能够适用于左手处理模式和右手处理模式的测量设备(被分析物测试系统)中，而且，被分析物试验盘也能够适用于左手处理模式和右手处理模式的测量设备中，如图14所示。根据图14a，在想要左右处理模式之时，将被分析物试验条7从底部插入到仪表中，用于接收生理液体的试样采集区9伸出仪表外壳。完成测量后，被分析物测试系统的显示屏37显示出被分析物浓度。同样，根据图14b，通过将显示屏上的显示内容旋转180°，将被分析物测试系统的显示屏37适应到相反的运行模式，将被分析物试验条7从顶部插入到仪表中，实现右手处理模式。
图15示出了另一种可能的节省空间的排列被分析物试验条的方式。在这个实施例中，被分析物试验元件并排排列，形成被分析物测试“弹药带”43，弹药带43具有横向的伸展区以形成试样采集区9。在子弹带43中，两个被分析物试验元件之间的区域具有穿孔线或撕裂线42，用于从被分析物测试弹药带43上分离出单个的被分析物测试部件40。沿着穿孔线或撕裂线42进行Z字型的折叠，能够形成被分析物试验弹药带堆栈41，弹药带堆栈41能够容易地安装在小容器中，并能够容易地从被分析物测试弹药带43上分出单个的被分析物测试部件。
本发明以盘装在条状提供的被分析物元件，对于印刷、模压淬火和层压领域的普通技术人员来说，是容易处理和制备的。这种被分析物测试部件的设计能够简单地、成本有效地生产处理，连续生产是优选的但不是必须的。
因为集成了校准处理和验证方法，本发明的被分析物测试系统通过补偿内生干扰如不同的血型和血细胞比容水平，以及补偿了外生干扰如营养补给如维生素C或者药物——它们同样会影响和改变测量结果，从而提供了可靠的结果。因为被分析物测试系统的校准与测量是并行进行的，所以，不同的环境参数如实际测量之时的温度，对测定结果的准确度是不重要的。另外，生产的变化，例如中间层的厚度变化，以及化学物质或者生物化学物质如酶和介体的降解，由集成的校准过程补偿。由于内部校准，所以酶活性的损失是可检测的，且可补偿到一定的程度，这导致产品具有较长的货架期。这对于诊断系统是特别有利的，因为它比葡萄糖氧化要求更敏感的生物催化。
本发明提供了一种被分析物测试系统，这种系统将校准和质量控制设备以及电化学检测设备结合到干试剂测试部件中，这种测试部件对生产过程没有过多的要求，不需要用户干涉校准与质量控制过程，严格控制试验条在试样分析之时的性能。

Claims (25)

1、一种用于测定生理或水性试样液体中至少一种被分析物的浓度的被分析物测试部件，其特征在于，包含以预定距离相对的第一表面(2a)和第二表面(4a)，第一表面和第二表面具有充分相同的形成高表面能区域和低表面能区域的结构，第一表面和第二表面全等地对齐；其中，高表面能区域(6，6’)形成具有至少两个检测区域(6a，6’a)的试样分布系统，第一表面(2a)的检测区域(6a)具有电化学检测设备的工作电极(8a)，第二表面(4a)的检测区域(6’a)具有对应的参考电极(8’a)。
2、根据权利要求1所述的被分析物测试部件，其特征在于，第一和第二表面的距离由中间层(3)决定，中间层(3)排列在具有第一和第二表面(2a，4a)的底层(2)和覆盖层(4)之间。
3、根据权利要求2所述的被分析物测试部件，其特征在于，所述中间层(3)具有间断(5)，间断(5)与底层和覆盖层(2和4)以及第一和第二表面(2a，4a)一同形成空腔，所述空腔的尺寸大于由第一和第二表面(2a和4a)上高表面区域(6和6’)所形成的试样分布系统。
4、根据以上任意一项权利要求所述的被分析物测试部件，其特征在于，所述高表面能的区域(6，6’)由施加到第一和第二表面(2a，4a)的不能水溶的亲水化学物形成。
5、根据以上任意一项权利要求所述的被分析物测试部件，其特征在于，第一和第二表面(2a，4a)的高表面能(6，6’)区域受疏水绝缘层(14，14’)约束，疏水绝缘层(14，14’)提供具有低表面能的区域。
6、根据以上任意一项权利要求所述的被分析物测试部件，其特征在于：在覆盖所述第一表面(2a)的工作电极(8a)的n个预定检测区域(6a)中涂布有催化配方，所述催化配方促进生理液体中被分析物的电化学检测；
以及
在覆盖所述第二表面(4a)的参考电极(8’a)的n个预定检测区域(6’a)中涂布有n个校准配方，所述n个校准配方包括m个空白配方以及n-m个具有不同水平的校准化合物的配方，其中，n是大于2的整数，m是大于或等于1的整数，且n＞m。
7、根据权利要求6所述的被分析物测试部件，其特征在于，还包含另一个含有催化化合物或者校准化合物的检测区域(6c)，用于测量背景信号。
8、根据权利要求6所述的被分析物测试部件，其特征在于，所述涂布在第二表面(4a)的n-m个预定检测区域(6’a)中的校准配方包含的校准化合物与被分析物相同或者充分等效，以及能够像生理液体试样中的被分析物一样与催化配方引起相同的化学反应。
9、根据权利要求8所述的被分析物测试部件，其特征在于，所述校准化合物是葡萄糖。
10、根据权利要求6所述的被分析物测试部件，其特征在于，所述催化配方包括作为反应组分的促进剂和/或酶、以及介体，所述促进剂与被分析物经历催化的或非催化的反应，所述介体在电极表面产生电化学信号。
11、根据权利要求10所述的被分析物测试部件，其特征在于，所述促进剂是选自脱氢酶、激酶、氧化酶、磷酸酶、还原酶和/或转移酶的酶。
12、根据权利要求11所述的所述的被分析物测试部件，其特征在于，所述促进剂是特别用于葡萄糖的酶。
13、根据权利要求10所述的所述的被分析物测试部件，其特征在于，所述用于确定被分析物浓度的介体选自：六氰合铁(III)酸钾、四氰基对醌二甲烷、甲基紫、tetrathiafulavlene、N-methylphenzinium、钌(III)、六胺、锇双吡啶、二茂铁或它们的派生物。
14、根据以上任意一项权利要求所述的被分析物测试部件中提供的试验条，其特征在于，试样采样区(9)位于所述被分析物试验条的凸起的和侧面的伸展区中。
15、一种被分析物测试装置，其特征在于，包括多个根据以上任意一项权利要求所述的被分析物测试部件，所述多个被分析物元件围绕一个中心点对称地排列，形成具有朝外的试样采样区(9)的被分析物试验盘(29)。
16、一种被分析物测试装置，其特征在于，包括多个根据以上任意一项权利要求所述的被分析物测试部件，所述多个被分析物元件以线性方式排列，形成被分析物试验弹药带(43)，被分析物试验弹药带(43)具有形成试样采样区域(9)的侧面伸展区。
17、一种制备被分析物测试部件的方法，包括以下步骤：
将工作电极(8)结构应用到具有第一表面(2a)的第一层(2)上；
将对应的参考电极(8’)结构应用到具有第二表面(4a)的第二层(4)上；
在第一表面(2a)上形成具有高表面能和低表面能的区域；
在第二表面(4a)上形成对应的具有高表面能和低表面能的区域，高表面能区域(6，6’)形成具有n个检测区域(6a，6’a)的亲水的试样分布系统，其中n是大于2的整数，工作电极和参考电极(8，8’)位于亲水试样分布系统的n个预定检测区(6，6’)下面；
将催化配方涂布到第一表面的n个检测区域(6a)上，所述催化配方促进了使用电化学检测设备对生理液体试样中包含的被分析物浓度的检测；将n种校准配方涂布到第二表面的n个检测区域(6’a)上，所述n种校准配方包括m个空白配方以及n-m个具有不同水平的校准化合物的配方，其中，m为至少是1的整数，并且n＞m，所述校准化合物与被分析物相同或者充分等效，以及能够像生理液体试样中的被分析物一样与催化配方引起相同的化学反应；
将第一和第二表面的层应用到中间层(3)的相对位置，所述中间层(3)具有间断(5)，间断(5)提供试样分布系统的腔，所述试样分布系统由第一和第二层(2，4)的第一和第二表面(2a，4a)上的高表面能的区域构成。
18、根据权利要求17所述的制备被分析物测试部件的方法，其特征在于，通过将不能水溶的亲水化学物施加到第一和第二表面(2a，4a)来形成所述高表面能的区域(6，6’)。
19、根据权利要求17和18所述的制备被分析物测试部件的方法，其特征在于，通过将疏水化合物应用到第一和第二表面(2a，4a)上，形成低表面能，疏水化合物形成电绝缘层(14，14’)，包围所述高表面能的区域。
20、根据权利要求18和19中任意一项所述的制备被分析物测试部件的方法，其特征在于，通过苯胺印刷、平版印刷、凹版印刷、固化墨涂布或者喷墨印刷的方式将所述亲水和/或疏水化合物涂布到第一和第二表面上。
21、根据权利要求17到20中任意一项所述的制备被分析物测试部件的方法，其特征在于，通过喷墨印刷或微扩张将亲水和/疏水化合物涂布到第一和第二表面的检测区域(6a，6’a)上。
22、根据权利要求17到21中任意一项所述的制备被分析物测试部件的方法，其特征在于，底层(2)和覆盖层(4)由柔软的衬底组成，并沿着纵向中心折叠线折叠以封住中间层，让亲水结构(6，6’)形成具有预定检测区(6’a，6a)的试样分布系统，所述第一表面(2a)和第二表面(4a)对应的工作和参考电极(8，8’)几乎全等地对齐和定位。
23、一种确定生理或水性试样液体中被分析物的浓度的被分析物测试系统，包括：
根据权利要求1到16中任意一项所述的被分析物测试部件或被分析物测试装置，其中，第一表面(2a)上的n个预定检测区域(6a)涂布有催化配方，所述催化配方促进生理液体中被分析物的电化学检测；以及第二表面(4a)的n个预定检测区(6’a)涂布有n个校准配方，所述n个校准配方包括m个空白配方以及n-m个具有不同水平的校准化合物的配方，其中，n是大于2的整数，m是大于或等于1的整数，且n＞m；
用于检测位于2n个预定检测区域的生理试样的电化学信号以及从所述2n个预定检测区域获得n个结果的电化学检测设备；以及
用于计算多项的校准等式中的所有校准因子的处理设备，所述校准等式遵循：
y = Σ 1 n - 1 { c ( n - 1 ) x ( n - 1 ) }
所述处理设备还计算一个回归因子以验证所计算的校准因子的质量。
24、一种确定生理或水性试样中至少一种被分析物的浓度的被方法，包括：
将被分析物测试部件连接到检测设备和处理设备；
将生理试样应用到具有第一表面(2a)和第二表面(4a)的被分析物测试部件上，第一表面和第二表面以预定的距离相对，第一表面和第二表面都具有两个充分相同的形成高表面能区域和低表面能区域的结构，第一表面和第二表面全等地对齐；其中，高表面能区域(6，6’)形成具有至少两个检测区(6a，6’a)的试样分布系统，第一表面(2a)的检测区(6a)具有电化学检测设备的工作电极(8a)，第二表面(4a)的检测区(6’a)具有对应的参考电极(8’a)；
检测不同检测区域产生的信号；以及
关联所述信号以确定生理试样中被分析物的量。
25、一种用于确定生理或水性试样液体中至少一种被分析物的浓度的被分析物测试部件，具有第一和第二表面，所述第一和第二表面以预定距离相对，第一和第二表面中其中一者具有亲水/疏水结构，对应的表面具有相同的亲水像素结构，所述亲水像素被疏水区包围从而让表面具有半亲水半疏水的两性特性，其中，亲水区与半亲水区形成具有至少两个检测区域的试样分布系统，第一表面的检测区域具有电化学检测设备的工作电极，第二表面的检测区域具有对应的参考电极(8’a)。
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