CN103392129A - 具有改进的响应的电化学分析中的电容检测 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于确定所述电化学测试电池的电容的方法和系统。

Description

具有改进的响应的电化学分析中的电容检测

优先权

本申请作为先已提交的2011年2月24日提交的申请S.N.13/034,281(代理人案卷号DDI-5196)和2011年2月25日提交的国际专利申请PCT/GB2011/000267(代理人案卷号P056478WO)的部分继续申请根据35USC§120要求优先权，这两个申请均要求2010年2月25日提交的美国临时专利申请S.N.61/308,167(代理人案卷号DDI-5196)的优先权，所有的申请均全文以引用方式并入本申请中。

背景技术

生理体液(例如血液或血液衍生产品)中的分析物检测对于当今社会的重要性日益增加。分析物检测分析法发现用于多种应用中，包括临床实验室测试、家庭测试等，此类测试结果在对多种疾病病症的诊断和管理中扮演着十分重要的角色。所关注的分析物包括用于糖尿病管理的葡萄糖、胆固醇等等。响应分析物检测的重要性日益增加，已开发了多种应用于临床和家庭的分析物检测方案和装置。

对于分析物检测所采用的一种方法是电化学方法。在此类方法中，含水液体样品被放入到电化学电池中的样品容纳测试电池内，该电化学电池包括两个电极，例如反电极和工作电极。允许分析物与氧化还原试剂反应以形成其量对应于分析物浓度的可氧化(或可还原)的物质。然后，以电化学方式估算存在的可氧化(或可还原)物质的量且该可氧化(或可还原)物质的量与初始样品中存在的分析物的量相关。

此类系统易受各种类型的低效率和/或误差的影响。例如，温度的变化可影响方法的结果。如在家庭应用或第三世界国家中常见的情况那样，当该方法在不受控的环境中进行时，尤其如此。当样品量不足以获得准确结果时，也可能出现误差。部分填充的测试条可潜在地提供不准确的结果，这是因为测量的测试电流与用样品润湿的工作电极的面积成比例。因此，部分填充的测试条可在某些条件下提供负向偏移的葡萄糖浓度。

为了缓解这些问题中的一些问题，生物传感器研究者已转向使用测试室的电容来确定测试室的填充充分性。美国专利No.6,856,125、No.6,872,298、No.7,195,704、和No.7,199,594中示出和描述了例子，所有的专利均以引用方式并入本申请中。

发明内容

申请人相信并联测试条电阻在确定填充的生物传感器测试条中的影响被忽略，这导致在测试条中的电容的不准确的高测量值，尤其是在遇到较低并联电阻时。申请人的发明的示例性实施例考虑了这种影响，并且同时消除了确定生物传感器电化学测试电池中的电阻的必要性。

在一个方面，提供了确定测试条的电化学生物传感器测试电池的电容的方法。测试条具有设置在电化学测试电池中且通过测试条连接器耦合到微控制器的两个电极。该方法可通过以下步骤实现：将流体样品沉积在电化学测试电池中；向电化学测试电池施加预定频率的振荡信号；确定来自电化学测试电池的输出信号和振荡信号之间的相位角；测量来自电化学测试电池的输出信号的振幅；基于振荡信号、相位角、以及测试电池和连接器之间的电阻来将所测量的振幅转换成电化学测试电池的复阻抗；以及基于电化学测试电池的复阻抗和预定频率来导出电化学测试电池的电容。在此方面的变型形式中，所述确定还可包括用总阻抗以及测试电池和连接器中的一个之间的电阻来设定测试电池的电阻。在另一种变型形式中，所述设定可包括由确定和设定来提取复阻抗，并且所述提取可包括在不存在测试电池和连接器之间的电阻的情况下来计算新相位角。在另一种变型形式中，所述计算可包括将新相位角转换成容抗，并且通过任何圆的周长与其直径的比率和预定频率的乘积，使测试电池的电容与容抗相关。在另一种变型形式中，所述测量可包括基于预定频率下输出信号的预定采样率/周期来确定用于测量输出信号的第一采样时间间隔；以及在与第一采样时间间隔不同的第二采样时间间隔对来自室的输出信号进行采样，使得在第二采样时间间隔的每个连续处而不是在第一时间间隔处测量每个采样输出信号的大小，并且所述第二采样时间间隔可基于相对于第一采样时间间隔的预定偏移时间。在另一种变型形式中，第一采样时间间隔可包括输出信号的大小的每次阶跃变化之间的持续时间。在另一种变型形式中，偏移时间可为第一采样时间间隔的百分比，并且所述百分比可为第一采样时间间隔的约5％至约30％的范围。在另一种变型形式中，所述确定可包括确定预定频率下信号的一个波的持续时间；划分每个波的多个测量样本的持续时间以获得持续时间；以及将第一采样时间间隔设定成与持续时间大体相等。作为另外一种选择，所述确定可包括评价输出信号以确定输出信号的每次阶跃变化之间的持续时间；以及将第一采样时间间隔设定成与持续时间大体相等，并且偏移时间可包括第一采样时间间隔的百分比，并且所述百分比可为第一采样时间间隔的约5％至约30％的范围。

在又一方面，提供了评价电化学测试条的状态的方法。测试条具有设置在测试电池中且连接到相应的连接器的至少两个电极。该方法可通过以下步骤实现：将流体样品沉积在电化学测试电池中；向电化学测试电池中的流体样品施加预定频率的振荡信号；测量来自电化学测试电池的输出信号的振幅；确定来自电化学测试电池的输出信号和振荡信号之间的相位角；用总阻抗以及测试电池和连接器中的一个之间的预定电阻来设定测试电池的电阻；基于测试电池的电阻和测试电池的阻抗来量化电化学测试电池的电容；每当出现下列情况中的至少一者时告示错误：(a)测试电池的测量的电阻在电阻范围之外或(b)电化学测试电池的量化电容在电容范围之外。在此方面，电阻范围可为约0欧姆至约100,000欧姆；电容范围可为约410纳法至约450纳法。在变型形式中，电容范围可为约590纳法至约630纳法。在此方面，预定电阻可为选自约0欧姆至约200欧姆范围的值。作为另外一种选择，预定电阻可选自约0欧姆、约50欧姆、约100欧姆、约150欧姆、约200欧姆的一系列值，电阻范围可包括约0欧姆至约100,000欧姆，并且电容范围包括约410纳法至约630纳法。另外在此方面，所述设定可包括由相位角来确定测试电池的总阻抗；用预定电阻来取得测试电池的电阻。在此方面，所述量化可包括由确定和取得提取复阻抗。另外，所述提取可包括在不存在预定电阻的情况下来计算新相位角。所述计算可包括将新相位角转换成容抗。并且通过圆的周长与其直径的比率和预定频率的乘积，使测试电池的电容与容抗相关。在此方面，预定电阻范围可包括约0欧姆至约120,000欧姆的范围，并且预定电容范围包括约500纳法至约650纳法的范围。

在另一个方面，提供了评价电化学测试条的状态的系统。该系统包括测试条和微控制器。测试条包括具有设置在测试电池中的相应的电极端的至少两个电极；和耦合到相应的至少两个电极的至少两个连接器，使得在连接器中的至少一个和电极之间真正地设定测试条电阻(即，取决于假定或每个样品条中的每一个的多次测量的平均值)。微控制器连接到测试条端口连接器，所述测试条端口连接器具有连接到测试条的相应的连接器的至少两个端子，所述微控制器被配置成通过至少两个电极来向室提供振荡信号、基于测试电池和测试条电阻的相位角响应测量来自测试电池的电容和电阻响应、并且每当电容和电阻响应相对于测试电池的电阻范围在测试电池的电容范围之外时指定测试条为有缺陷的。在此方面的变型形式中，电阻范围可为约0欧姆至约100,000欧姆；电容范围可为包括约410纳法至约450纳法的电容范围。作为另外一种选择，电容范围可为约590纳法至约630纳法。在此方面，预定电阻为选自约0欧姆至约200欧姆范围的值。作为另外一种选择，预定电阻选自约0欧姆至约200欧姆的任何值，其中电阻范围包括约0欧姆至约100,000欧姆，并且电容范围包括约410纳法至约630纳法。

对于本领域的技术人员而言，当结合将被首先简要描述的附图来参阅以下对本发明各种示例性实施例的更详细说明时，这些和其它实施例、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

并入本文中并且构成本说明书的一部分的附图目前示意性地示出本发明的优选实施例，并且与上面所给定的一般描述和下面所给定的详细描述一并起到解释本发明的特征的作用(其中相同的标号表示相同的元件)。

图1示出了包括分析物测试仪和测试条的示例性分析物测量系统。

图2示出了用于图1的测试仪的示例性电路板的简化示意图。

图3A示出了图1的测试条的分解透视图。

图3B示出了测试室61的示意性电气模型和电阻器-电容模型的矢量图。

图4示出了用于确定填充的测试条的电容的组件的简化示意图。

图5A示出了随时间推移施加到测试条的电压。

图5B示出了随时间推移来自测试条的电流输出响应的振幅。

图6A示出了在区域602处指示的电流输出的采样。

图6B示出了从图6A的采样数据中除去直流分量时的交流电流输出。

图6C和6D示出了在施加到测试条的交流电压和来自测试条的交流电流输出之间的相位角。

图6E示出了用于确定图6D的交叉点以与图6C的所施加电流的交叉点比较的采样数据的插值。

图7A示出了电气模型在图3A的条的轮廓上的叠加，以示出来自测试条的相应组件的各个电阻源和测试电池的电容。

图7B示出了测试电池61的模型和测试条连接器的电阻的电气原理图图示。

图7C示出了图7B的模型的矢量图。

图8A示出了根据图7B的测试条参考模型中的测试电池电阻和测试电池电容的参考输出响应。

图8B示出了根据实际测试条的测试电池电阻和测试电池电容的实际输出响应。

图9A示出了由系统进行采样的输出振荡信号，其中示出了该信号由64个不同的电流样本产生，从而使得输出信号为分段或阶梯信号。

图9B示出了实际采样振荡信号904相对于参考振荡输出信号902的叠加图，其中采样信号来自具有高测试条电阻的条。

图9C示出了实际采样振荡信号906相对于参考输出信号902的叠加图，其中采样信号906来自相比图9B的测试条电阻具有较低测试条电阻的条。

图9D和9E详细地示出了由分段或阶梯输出信号906相对于平滑输出信号902的阶跃变化所造成的误差。

图9F通过图表示出了如何通过时间偏移来修改第一采样时间间隔，以提供允许更准确电容测量的第二采样时间间隔。

图10示出了采用本文所述的技术和原理的实施例的响应曲线。

图11示出了确定电容的方法的示例性流程图。

具体实施方式

应参考附图来阅读下面的详细说明，其中不同附图中的类似元件编号相同。附图未必按比例绘制，其示出了所选择的实施例并不旨在限制本发明的范围。该详细说明以举例的方式而非限制性方式来说明本发明的原理。此说明将清楚地使得本领域技术人员能够制备和使用本发明，并且描述了本发明的多个实施例、改型、变型、替代形式和用途，包括目前据信是实施本发明的最佳模式。

如本文所用，针对任何数值或范围的术语“约”或“大约”表示允许部件或多个组件的集合执行如本文所述的其指定用途的适当的尺寸公差。另外，如本文所用，术语“患者”、“宿主”、“使用者”和“受检者”是指任何人或动物受检者，并非旨在将系统或方法局限于人类使用，但本主题发明在人类患者中的使用代表着优选的实施例。如本文所用，术语“振荡信号”包括分别改变极性、或交替电流方向、或为多向的电压信号或电流信号。

本主题的系统和方法适用于确定各种样品中的多种分析物，并且尤其适用于确定在全血、血浆、血清、间质液或它们的衍生物中的分析物。在示例性实施例中，基于具有相对电极的薄层电池设计以及快速(例如，分析时间约为5秒)三脉冲电化学检测的葡萄糖测试系统所需要的样品小(例如，约0.4μL(微升))并可提高血糖测量的可靠性和精确度。在反应单元中，样品中的葡萄糖可利用葡萄糖脱氢酶被氧化为葡糖酸内酯，并且可使用电化学活性介质来使电子穿梭于酶与工作电极之间。可利用稳压器将三脉冲电势波施加到工作电极和反电极，从而得到用于计算葡萄糖浓度的测试电流瞬态值。此外，从测试电流瞬态值中获得的附加信息可用于在样品基质之间进行区分并且校正血样中由于血细胞比容、温度变化、电化学活性组分造成的波动，并识别可能的系统误差。

原理上，本发明的方法可与具有间隔开的第一和第二电极以及试剂层的任何类型的电化学电池一起使用。例如，电化学电池可为测试条的形式。在一个方面，测试条可包括由薄垫片分离的两个相对电极，以限定其中放置试剂层的样品容纳测试电池或区域。本领域技术人员将会知道，包括例如带有共平面电极的测试条的其他类型的测试条也可与本文所述方法结合使用。

图1示出了糖尿病管理系统，该系统包括糖尿病数据管理单元10和葡萄糖测试条80形式的生物传感器。应注意的是，糖尿病数据管理单元(DMU)可称为分析物测量和管理单元、葡萄糖仪、测试仪、以及分析物测量装置。在一个实施例中，DMU可与胰岛素递送装置、附加的分析物测试装置和药物递送装置相组合。可以通过电缆或合适的无线技术(例如GSM、CDMA、蓝牙、WiFi等等)将DMU连接到计算机26或服务器70。

重新参见图1，葡萄糖仪10可包括壳体11、使用者界面按钮(16、18和20)、显示器14和测试条端口开口22。使用者界面按钮(16、18和20)可被配置成允许数据输入、菜单导航、以及命令执行。使用者界面按钮18可为双向拨动开关的形式。数据可包括表示与个体的日常生活方式相关的分析物浓度的值和/或信息。与日常生活方式相关的信息可包括个体摄入的食物、使用的药物、健康检查发生率、以及一般的健康状况和运动水平。

测试仪10的电子元件可被设置在壳体11内的电路板34上。图2示出了(以简化示意图形式)设置在电路板34的顶部表面上的电子元件。在顶部表面上，电子元件可包括测试条端口开口308、微控制器38、非易失性闪速存储器306、数据端口13、实时时钟42、以及多个运算放大器(46至49)。在底部表面上，电子元件可包括多个模拟开关、背光源驱动器、以及电可擦可编程只读存储器(EEPROM，未示出)。微控制器38可电连接到测试条端口开口308、非易失性闪速存储器306、数据端口13、实时时钟42、多个运算放大器(46至49)、多个模拟开关、背光源驱动器以及EEPROM。

重新参见图2，多个运算放大器可包括增益级运算放大器(46和47)、跨阻抗运算放大器48、以及偏压驱动器运算放大器49。所述多个运算放大器可被配置成提供稳压器功能和电流测量功能的一部分。稳压器功能可指在测试条的至少两个电极之间施加测试电压。电流功能可指测量由所施加的测试电压所得的测试电流。电流测量可用电流-电压转换器来执行。微控制器38可为混合信号微处理器(MSP)的形式，例如Texas InstrumentMSP430。所述MSP430可被配置成也执行稳压器功能和电流测量功能的一部分。此外，所述MSP430还可包括易失性和非易失性存储器。在另一个实施例中，电子元件中的多个可按照专用集成电路(ASIC)的形式与微控制器集成。

测试条端口连接器308可位于测试条端口开口22附近并且被配置成与测试条形成电连接。显示器14可为液晶显示器的形式，以用于报告测得的葡萄糖水平并用于输入与生活方式相关的信息。显示器14可任选地包括背光源。数据端口13可容纳附接到连接引线的合适的连接器，从而允许葡萄糖仪10被连接到外部装置，诸如个人计算机。数据端口13可为任何允许数据传输的端口，例如串行端口、USB端口、或并行端口。

实时时钟42可被配置成保持与使用者所在地理区域有关的当前时间并且也用于测量时间。实时时钟42可包括时钟电路45、晶体44和超级电容器43。所述DMU可被配置成电连接到电源，例如电池。所述超级电容器43可被配置成长时间地提供电源以便在电源中断的情况下为实时时钟42供电。因此，当电池放电或被更换时，实时时钟不必由使用者重新设置为正确时间。将实时时钟42与超级电容器43一起使用可降低使用者可能不准确地重新设置实时时钟42的风险。

图3A示出了示例性测试条80，其包括从远端80延伸至近端82且具有侧边缘的细长主体。如此处所示，测试条80还包括第一电极层66a、绝缘层66b、第二电极层64a、绝缘层64b、以及夹在两个电极层64a和66a之间的垫片60。第一电极层66a可包括第一电极67a、第一连接轨条76和第一接触垫47，其中第一连接轨条76将第一电极层66a电连接到第一接触垫67，如图3A和4所示。应注意的是，第一电极67a是紧邻试剂层72下面的第一电极层66a的一部分。相似地，第二电极层64a可包括第二电极67b、第二连接轨条78和第二接触垫78，其中第二连接轨条78将第二电极67b与第二接触垫78电连接，如图3和4所示。应注意的是，第二电极包括在试剂层72上方的第二电极层64a的一部分。

如图3A中所示，样品容纳电化学测试电池61由第一电极67a、第二电极67b、和靠近测试条80的远端80的垫片60限定。第一电极67a和第二电极67b可分别限定样品容纳电化学测试电池61的底部和顶部。垫片60的切口区域68可限定样品容纳电化学测试电池61的侧壁。在一个方面，样品容纳电化学测试电池61可包括提供样品入口和/或排气口的口70。例如，口中的一个可允许流体样品进入，并且另一个口可允许空气流出。在一个示例性实施例中，第一电极层66a和第二电极层64a可分别由溅射钯和溅射金制成。可用作垫片60的合适的材料包括各种绝缘材料，例如，塑料(如PET、PETG、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯)、硅、陶瓷、玻璃、粘合剂、以及它们的组合。在一个实施例中，垫片60可具有涂布在聚酯片的相对侧上的双面粘合剂的形式，其中粘合剂可以是压敏或热活化的。

重新参见图3A，第一电极和第二电极的区域可由两个侧边缘和切口区域68来限定。应注意的是，该区域可被限定为由液体样品润湿的电极层的表面。在一个实施例中，垫片60的粘合剂部分可混合和/或部分地溶解试剂层，使得粘合剂形成与第一电极层66A的结合。此类粘合剂结合有助于限定可由液体样品以及电氧化或电还原媒介物润湿的电极层的部分。

第一电极或第二电极可执行工作电极的功能，这取决于施加的测试电压的大小和/或极性。工作电极可测量与还原介体浓度成比例的限制测试电流。例如，如果电流限制物质为还原媒介物(如铁氰化物)，则其可以在第一电极处被氧化，只要测试电压足够小于相对于第二电极的氧化还原媒介物电势。在这样的情况下，第一电极执行工作电极的功能，而第二电极执行反/参比电极的功能。应注意的是，本领域的技术人员可以简单地将反/参比电极称为参比电极或反电极。当工作电极表面处的所有还原介体都已消耗，使得测量的氧化电流与从本体溶液朝工作电极表面扩散的还原介体的通量成比例时，发生限制氧化。术语“本体溶液”是指当还原媒介物不位于耗尽区内时足够远离工作电极的溶液的部分。应该指出的是，除非以其他方式表述测试条80，否则由测试仪10施加的所有电势在下文中将相对于第二电极而言。相似地，如果测试电压足够大于氧化还原媒介物电势，则还原媒介物可以在第二电极处氧化为限制电流。在这样的情况下，第二电极执行工作电极的功能，而第一电极执行反/参比电极的功能。关于示例性测试条、测试条的操作和测试仪的细节可见于美国专利申请公开No.20090301899，该申请全文以引用方式并入本文中。

参见图3A，测试条80可包括一个或多个工作电极和反电极。测试条80也可包括多个电接触垫，其中每一个电极都可与至少一个电接触垫电气连通。测试条端口连接器308可被构造为与电接触垫电接合，并形成与电极的电气连通。测试条80可包括设置在至少一个电极上方的试剂层。试剂层可包括酶和介质。适用于试剂层的示例性酶包括葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶(具有吡咯喹啉醌辅因子“PQQ”)和葡萄糖脱氢酶(具有黄素腺嘌呤二核苷酸辅因子“FAD”)。适用于试剂层的示例性介质包括铁氰化物，铁氰化物在这种情况下为氧化形式。试剂层可被配置成以物理方式将葡萄糖转化成酶的副产物，并且在此过程中产生一定量的还原介质(例如铁氰化物)，还原介质的量与葡萄糖浓度成正比。然后，工作电极能够以电流的形式测量还原介质的浓度。继而，葡萄糖仪10可将电流大小转换成葡萄糖浓度。优选测试条的细节在美国专利No.6179979、No.6193873、No.6284125、No.6413410、No.6475372、No.6716577、No.6749887、No.6863801、No.6890421、No.7045046、No.7291256、No.7498132中提供，所有这些专利以引用方式全文并入本文。

图4以简化示意图形式示出了用于测定电容的各种功能组件。具体地讲，组件包括微控制器300。微控制器300的优选实施例可作为MSP430型超低功率微控制器得自德州仪器。微控制器(“MC”)300可设有DAC输出和内置模数转换器。MC300适宜地连接到LCD屏幕304，以提供对测试结果或与测试结果有关的其他信息的显示。存储器306电连接到MC300以用于存储测试结果、感测电流和其他必要的信息或数据。测试条可经由测试条端口连接器(“SPC”)308耦合以用于测试测量。SPC308允许测试条经由第一接触垫47a、47b和第二接触垫43与MC300接合。第二接触垫43可用来通过U形凹口45建立与测试仪的电连接，如图4所示。SPC308也可设有电极连接器308a和308c。第一接触垫47可包括两个标记为47a和47b的尖头。在一个示例性实施例中，第一电极连接器308a和308c分别独立地连接到尖头47a和47b。第二电极连接器308b可连接到第二接触垫43。测试仪10可测量在尖头47a和47b之间的电阻或电连续性以确定测试条80是否电连接到测试仪10。

参见图4，SPC308被连接到开关310。开关310被连接到偏压驱动器312。偏压驱动器312设有DAC信号312a、电流驱动312b和开关信号312c。MC300提供DAC信号312a，其包括介于0至Vref(例如，约2.048V)范围内的模拟电压。偏压驱动器312可按两种模式(恒电压或恒电流)操作。电流驱动器线312b控制偏压驱动器312的模式。通过将线312b设置为低电平，可将偏压驱动器312中的运算放大器转换为电压跟踪放大器。DAC信号312a输出被缩放至Vref/2+/-400mV满标度。偏压驱动器中的运算放大器将该电压作为线(驱动器线)312d直接输出到MC300。线312d的电压相对于Vref/2虚拟接地而产生。因此要驱动合适的偏压(例如，约20mV偏压)，DAC必须驱动(通过合适的定标器)约1.044V。要驱动约+300mV的偏压，DAC必须大体上提供约1.324V，而对于-300mV的偏压，DAC必须大体上提供约0.724V。偏压驱动器电路312也产生109Hz的正弦波，该正弦波用于通过电容测量进行填充检测。

另一方面，如果将通往偏压驱动器312的电流驱动信号312a保持较高，则DAC输出被缩放至大约0至约60mV的满标度。开关信号312c也可被激励，使得通过测试条的电流通路被转向为通过偏压驱动器312中的电阻器。偏压驱动器312中的运算放大器试图将电阻器两端的压降控制为与缩放的DAC驱动(在这种情况下产生大约600nA的电流)相同。该电流用于样品检测，以便启动测试测量。

偏压驱动器312也被连接到跨阻放大器电路(“TIA电路”)314。TIA电路314将通过测试条的电极层66a(如钯)而流至电极层64a(如金)触点的电流转换为电压。总增益由TIA电路314中的电阻器控制。由于测试条80为高电容负载，因此正常低失调放大器趋于振荡。为此，低成本的运算放大器作为单位增益缓冲器而设置于TIA电路314中并包含于总反馈回路内。作为功能块，电路314充当具有高驱动能力和低电压偏移的双运算放大器系统。TIA电路314也利用虚拟接地(或虚接地)在SPC308的电极层64a(如金)触点上产生1.024V的偏压。电路314也连接到Vref放大器电路316。当处于电流测量模式时，该电路使用设为Vref/2(大约1.024V)的虚拟接地轨，从而允许测量正电流和负电流两者。该电压被馈送到所有增益放大器级318。为了防止任何电路负载“拉”该电压，可以在Vref放大器电路316内使用单位增益缓冲器放大器。

将来自TIA电路314的测试条电流信号314a和来自电压基准放大器316的虚拟接地轨316a(～Vref/2)视需要放大，以用于测试测量周期的各个阶段。在示例性实施例中，MC300视需要设有自测试条感测到的放大信号的四个信道以用于分析物分析期间的测试条的测量周期的不同阶段，所述信道具有所感测电流的不同放大率。

在一个实施例中，测试仪10可以在测试条80的第一接触垫47和第二接触垫43之间施加测试电压和/或电流。一旦测试仪10识别到测试条80已被插入，测试仪10就接通并启动流体检测模式。在一个实施例中，测试仪试图驱动小电流(如0.2至1μA)通过测试条80。当不存在样品时，电阻大于几兆欧，在试图施加电流的运算放大器上的驱动电压到达接地轨。当样品被引入时，电阻急剧下降，驱动电压相应变化。当驱动电压降至预定阈值之下时，测试序列启动。

图5A示出将施加在电极之间的电压。零时点定为样品检测方法检测到样品一开始填充测试条的时间。注意，出于说明目的，图5A中在大约1.3秒处显示的正弦波分量未绘制在正确的时标上。

当样品在测试条室61中被检测到之后，测试条电极之间的电压阶跃到具有毫伏量级的合适的电压并维持设定的时间量(例如约1秒)，然后阶跃到更高的电压并保持固定的时间量，然后将正弦波电压施加在DC电压的顶部并持续设定的时间量，然后将DC电压施加更长的时间量，然后变为负电压并保持设定的时间量。然后将电压从测试条断开。该系列施加的电压产生电流瞬变，例如图5B中所示的那样。

在图5B中，从约0秒至约1秒的电流信号(以及随后的电流样品)可用于误差校验和区别对照溶液样品与血样。对从约1秒至约5秒的信号进行分析以获得葡萄糖结果。也对在此期间的信号进行针对各种误差的分析。利用从约1.3秒至1.4秒的信号来检测传感器是否被样品完全充满。对从1.3秒至1.32秒的电流(此处记为迹线500)以大约150微秒的间隔采样，以确定是否有足够体积的生理体液充满测试条的室61。

在用于执行足够体积检查的一个实施例中，利用电容测量来推断足够的分析物充满测试条80的室61。电容的大小可与已用样品流体涂布的电极的面积成比例。一旦测量出电容的大小，如果该值大于阈值，并且因此测试条具有用于准确测量的足够体积的流体，就可以输出葡萄糖浓度。但如果该值不大于阈值，这表明测试条没有用于准确测量的足够体积的流体，则可以输出错误消息。

当样品已在测试条电化学测试电池61中被检测到之后，测试条电极之间的电压阶跃到具有毫伏量级的合适的电压并维持设定的时间量(例如约1秒)，然后阶跃到更高的电压并保持固定的时间量，然后将正弦波电压施加在DC电压的顶部并持续设定的时间量，然后将DC电压施加更长的时间量，然后变为负电压并保持设定的时间量。然后将电压从测试条断开。该系列施加的电压产生电流瞬变，例如图5B中所示的那样。

在一种用于测量电容的方法中，将具有恒定分量和振荡分量的测试电压施加到测试条。在这种情况下，如下文进一步详细描述，可数学地处理所得测试电流以确定电容值。

申请人相信具有电极层的生物传感器测试室61可按具有如图3B所示的并联电阻器和电容器的电路形式建模。

在图3B的该模型中，R表示电流遇到的电阻，C表示电耦合到电极的生理体液与试剂的组合产生的电容。为了开始对室的电容进行测定，可以在设置于室中的相应电极两端施加交流偏压，并测量来自室的电流。据信，室61的填充一般仅为电容的量度，因此不得将诸如R的任何寄生电阻包括在任何电容测定或计算中。因此，在测量或感测电流时，据信任何寄生电阻都会影响测得的输出信号。然而，申请人已发现一种不需要利用或已知如上文模拟的通过室的电阻而推导出电容的技术。为了进一步说明该技术，有必要简短地讨论该技术的数学基础。

根据基尔霍夫定律，通过图3B的电路的总电流(i_R)大约为流过电阻器的电流(i_T)和流过电容器的电流之和(i_C)。当施加交流电压V(测量为RMS)时，电阻器电流(i_R)可表示为：

i_R＝V/R   公式1

电容器电流(i_C)可表示为：

i_C＝jωCV   公式2

其中：

j为虚数算子，表示在电容器中电流领先电压约90度；并且

ω为角频率2πf，其中f是以赫兹为单位的频率。

这些分量之和显示在图3B的矢量图中。在该矢量图中，Ф表示输入相对于输出的相位角。相位角Ф由下列三角函数确定：

tanФ＝I_C/I_R   公式3

根据勾股定理，总电流i_T的平方可计算为：

$i_T^{2=}{i}_C^2+i_R^2$    公式4

通过对公式4进行重排和代换公式3，得到下列公式：

$i_C^{2=}{i}_T^2-i_C^2/{\left(\tan \mathrm{\Φ}\right)}^2$    公式5

求解电容器电流i_C并与公式2相结合：

$i_C=\sqrt{(}{i}_T^2*{\left(\tan \mathrm{\Φ}\right)}^2/\left(\right({\tan \mathrm{\Φ})}^2+1\left)\right)=\mathrm{\ωCV}$    公式6

对C进行重排并展开ω，电容变为：

$C=\sqrt{(}{i}_T^2*{\left(\tan \mathrm{\Φ}\right)}^2/\left(\right({\tan \mathrm{\Φ})}^2+1\left)\right)/2\mathrm{\πfV}$    公式7

将公式7化简为：

C＝|(i_TsinФ)|/2πfV   公式8

其中

i_T表示总电流；

Ф表示相位角；

f表示所施加信号的频率；

V表示所施加信号的大小

可以看出，公式8不用到电阻器电流。因此，如果系统可以驱动具有频率f和均方根(“RMS”)振幅的交流电压V，并测量总电流i_T(作为RMS值)和相位角Ф，则可以准确计算测试室61的电容C，而不必测定生物传感器测试室中的电阻。据信，这具有显著的有益效果，因为生物传感器测试条的电阻难以测量，并会在5秒的分析时间内发生变化。据信，电阻取决于对于给定的电偏压(电压)有多少载荷子可流过测试条，并因此随反应而变化。在分析中的1.3秒时间点处，电阻预计为从10kΩ至可能100kΩ之间的任何值。因此，通过不必测定生物传感器室中的电阻或甚至测量电路(诸如传感器电阻器)中的电阻，申请人的发明在改进整个测试条方面推进了本领域的现状。

用于基于公式8确定电容C的示例性技术的实施可结合图6A、6B、6C、6D、6E和7进行理解。如图5A和图7所示，可将大约109Hz的AC测试电压(±0.50mV峰到峰)在大约1-1.3秒的期间施加2个周期或至少一个周期。在优选的实施例中，第一周期可用作调节脉冲，而第二周期可用于确定电容。交流测试电压可具有合适的波形，例如，具有大约50毫伏峰值的大约109赫兹的正弦波(图6C)。采样可具有任何合适的每周期采样量，例如，大约64-65个样本/周期，此处在图6A中示出。因此，每个样本表示示例性正弦波的大约5.6度。

在图6A中，系统将直流电压偏移量加到交流偏压，并因此图6A中的测量样本也将具有直流偏移量，必须通过步骤706和708来除去该偏移量，以便根据申请人的技术的一个实例确定总电流i_T。

在该技术中，在图6A中记为602的所有64-65个样本的平均值被导出，从而将提供样本交流分量的零电流的阈值。这种推导的益处是在样本间的噪声被平均掉。对于每个样本点，将每个采样点减去平均值，其导致分离出交流电流分量，此处在图6B中示出。然后，取所有负值的RMS值，以得到基本上准确大小的总电流i_T。应当指出，也可以取正值的RMS值，但申请人相信，正值由于在整个周期的第一象限和第四象限分裂而不相交，因此负值是优选的。一旦样本602经处理除去了DC偏移量，就可将样本绘图以显示随时间推移的电流输出，在图6B中记为604。

为了确定相位角，系统或处理器300在适当编程时可比较振荡的输入电压(此处在图6C中示出)与振荡的输出电流以确定相位角。在优选实施例中，分析采样数据604以确定由正电流到负电流的交叉点。由于采样是基于离散的多个样本，因此可利用插值来大致确定输出电流与零电流线相交的时间。在此处所述的实施例中，相位角Φ小于90度并为约87度。为了增加准确度，插值可以在另一个交叉点处执行，其中从该第二插值点减去大约180度。这两个内插值应在几度之内，并且可以平均掉以增加准确度。

一旦推导出相位角，就可以利用公式8。一旦确定了测试条80的电容，就可以执行两点校准，以将电容值归一化为独立于模拟组件(例如，电阻器、电容器、运算放大器、开关等)的任何公差的值。简而言之，两点校准是通过以下步骤执行：将具有30k并联电阻的550nF电容器置于测量输入两端；命令仪表测量电容，并记录所得到的值；将具有30k并联电阻的800nF电容器置于测量输入两端；命令仪表测量电容，并记录所得到的值。这两个点将提供对该具体硬件实例(而不是设计)的测量能力的增益和偏移的指示。然后，根据测量误差计算斜率和偏移量，并存储在仪表的存储器中。现在校准仪表。当插入测试条并施加样品时，测量电容并应用存储的斜率和偏移量以校正测量值。

在完成装置校准之后，进行评估以确定测试室61是否已被测试液充分填充。评估可基于从填充良好的测试条的大样本所导出的平均电容值的至少65％至85％的电容大小。

尽管据信上文所描述的技术特征足以用于其期望用途，但据信可通过更全面的模型来进行更稳健的电容测量。由此，申请人相信，具有图3A的电极层的生物传感器测试条80和测试电池61可表示为图7A中的一系列R_Pd触点、R_Pd膜、R_Au触点、和R_Au膜，并且测试电池61可表示为图7A中的具有R_{电池电导系数}和C_双层的并联电阻器-电容器电路。条80的电阻器和测试电池61的并联电阻器-电容器可以如下电路的形式建模，所述电路具有用于生物传感器的金层和钯层的串联电阻器R_条和用于测试电池61的并联的电阻器R_{电 池}和电容器C，如图7B中所示。在图7B的该模型中，系统可驱动具有频率f和均方根(“RMS”)振幅的交流电压V，并且测量总电流i_T(作为RMS值)和相位角Φ，由此可利用因测试条电阻率R_条产生的适当频移和由测量电路引起的任何相移来导出测试电池61的电容C。

通过使用实际测量和数学建模，R_条的电阻经测定为在约120欧姆至约150欧姆的范围内(其中约135欧姆为常见的并且用于优选实施例中)，这取决于Au和Pd触点的电阻的变化。据信，处于约150欧姆的范围内的R_条的电阻相比大得多的R_电池和C_电池的阻抗是可忽略的。因此，当假定R_电池的标称值为约33千欧姆并且C_电池在109赫兹下为约600纳法时，相位角为大约85.6度。然而，随着将R条的电阻(～150欧姆)加到电池，测得的相位角变为约82.7度，差值为约3.5度。尽管此差值小，但据信其对电容测量具有显著的影响。此外，尽管跨阻抗级314(图4)实际上不具有与该级相关联的相移(约109Hz下的相移为约0.007度)，但是增益级318(图4)在109Hz下显示出约6.1度的标称相移。通过考虑由R_条和图4中的电路的各级所导致的相移来引入补偿值Φ_COMP，由此来使该额外的相移偏移。现在可将补偿值Φ_COMP应用至公式8，以在公式9中给出更准确的电容测量。

C=|i_Tsin(Φ+Φ_COMP)|／2πfV     公式9

在优选实施例中，补偿相位角Φ_COMP在约3至约25度的范围内，并且优选地为约11度。

图7B的建模电路预测了电化学测试电池61的响应，所述响应随电化学测试电池的电容(C_电池)、电化学测试电池的电阻(R_电池)、和本文在图8A中所示的测试条电阻(R_条)而变化。如在图8A中可见，当条电阻器被假定为约0欧姆时，电化学测试电池61的预测或参考电容响应(由线700表示)在从约120千欧姆到约20千欧姆的测试电池电阻的范围内是大体线性的(约435纳法)，在约20千欧姆的点处，预测或参考电容响应几乎指数地增大至约450纳法。当测试条电阻被假定为约50欧姆时，电化学测试电池61的预测或参考电容响应702在从约120千欧姆至约20千欧姆的电化学测试电池61的电阻内是大体线性的，在约20千欧姆的点处，预测或参考电容响应非线性地增大，但不会达到具有约零测试条电阻的电容响应700的程度。当条阻抗被假定为约100欧姆时，电化学测试电池61的预测或参考电容响应704在从约120千欧姆至约20千欧姆的测试电池61的电阻内是大体线性的，在约20千欧姆的点处，预测或参考电容响应一定程度上非线性地减小。当测试条电阻被假定为约100欧姆时，测试电池61的预测或参考电容响应704在从约120千欧姆至约20千欧姆的测试电池61的电阻内是大体线性的，在约20千欧姆的点处，预测或参考电容响应指数地减小。在R_条值的所有情况下，电池的电容在R_电池为约100千欧姆时朝大体公共值会聚，并且对于约20千欧姆至约0欧姆的R_条值而言为大体发散的。

另一方面，图8B中的得自图3A的代表性测试条的实际电容和电阻响应显著不同于图8A的参考电容／电阻响应。具体地讲，电容响应在R_电池的较高值处不朝公共电容值会聚。然而，实际条在R_电池的电阻的下端处的电容响应显示具有与图8A的参考或预测模型相反的行为，具体如下：图8B中的电容在约0欧姆的R_电池处朝约590纳法的大体公共值会聚。

进一步研究了C_电池在R_电池的不同值处的这种行为异常。对如何采样交流信号的更仔细的观察显示出申请人所相信的造成这种异常的原因。具体地讲，参考模型采用纯正弦波，而实际波900为分段产生的，其中每个波具有通过64个不同的电流样本，如本文在图9A中所示。由于图9A的波900包括阶梯而不是平滑线，因此据信这产生了被证明高度依赖于R_条的测量电路的不同响应。

将R_条设定为约200欧姆，则从图9B中可以看出，通过纯正弦波激发给出的理论输出为平滑连续线902，而阶梯锯齿线904为采用阶梯波信号(例如，图9A中的分段信号900)的输出。可以看出，基于对分段响应904测量或采样的时间，振幅和相位测量值可稍有改变。据信，驱动图8A与图8B之间的这种异常的原因是由于振幅测量不准确性而造成的对测试条电阻R_条的电容敏感度。在其中R_条为200欧姆的这种实例中，可以看出，相位差在一定程度上对于测量结果不具有严重的影响。

然而，当R_条被设定成约0欧姆时，相位差可为显著的。如参照图9C所看到的，分段式响应906(似乎具有反向的波整流)可基于响应906进行采样的位置而给出最高达约20％的输出差值。据信此差值在造成较大的电容测量误差方面是重要的。申请人注意到，当电池的电阻R_电池减小时，因分段波900造成的扰动振幅也减小，据信这是电容测量结果往往会在R_电池为约5千欧姆时会聚于单个电容值的原因。

为了补偿该效果，据信应当在分段波906的阶跃变化之后的正确时间处对分段输出信号进行采样。如图9D中所示，相比于纯波902，分段波906在沿波906方向的变化期间往往会滞后或领先纯波902。此处在图9E中示出了图9D的放大部分，可以看出，分段波906的峰值908与分段波906在交叉点910处与纯波902交叉的位置之间具有时间微分Δt。

基于对异常来源的该发现，申请人继续执行实验，以测量该时间微分Δt(使用参照图9F和表1的C_电池、R_条和R_电池的值的范围)。在图9F中，基准“a”表示进行分段变化阶跃的峰值908，并且基准“b”表示增益放大器级314与理论波相匹配处的期望采样点。在正弦波的正相位和负相位中的多个点处进行测量。总体结果示于表1中，该表给出了用于测试条和测试仪系统的变型的边界条件的有益思路。

通过表1，能够基于各个边界条件计算出平均值，以给出代表性系统的优选采样时序。申请人相信，偏移时序应为波906的峰峰阶跃变化的持续时间的约20％。对于此具体实例而言，在约109Hz的驱动频率和波的64个样本／周期的情况下，143微秒的阶跃变化的持续时间的20％为约28微秒。然而，应当注意到，根据驱动频率、采样率、阶跃变化的持续时间、以及所使用的仪表和条系统，5％至40％的其它值(或约17微秒至约38微秒)也将起作用。

表1

C电池(nF)	R条(欧姆)	R电池(欧姆)	Δt(微秒)	Δt(微秒)
					400	100	100K	26.06	21.17
700	100	100K	26.06	17.92
					400	200	100K	26.06	19.54
700	200	100K	27.69	19.54
					400	100	5K	32.51	28.95
700	100	5K	37.86	26.73
					400	200	5K	42.32	31.18
700	200	5K	27.73	33.41

基于上文，申请人已发现了一种确定生物传感器室的电容的方法，其中生物传感器可具有设置在室中且耦合到微控制器的两个电极。在样品沉积在生物传感器室中时引发电化学反应之后，该方法包括向室施加预定频率的振荡信号；基于预定频率下输出信号的预定采样率／周期来确定用于测量输出信号的第一采样时间间隔；在与第一采样时间间隔不同的第二采样时间间隔处对来自室的输出信号进行采样，使得在第二采样时间间隔的每个连续处而不是第一时间间隔处测量每个采样输出信号的大小；基于采样步骤的采样输出信号来确定来自室的输出信号与振荡输入信号之间的相位角；以及通过相位角来计算室的电容。

在施加步骤中，振荡信号可为交流(“AC”)信号(电压或电流形式)或多向信号，并且预定频率可为约109赫兹。在确定步骤中，基于预定频率和在每个信号周期进行的多个样本测量来获得第一采样时间间隔。例如，在图6A中，输入信号的预定频率为约109周期／秒，这意味着输出信号的一个周期花费约0.009秒。如果期望的采样率为N(例如，64个样本／秒)，则通过如下方式来获得每个样本(例如，S1、S2、S3...Sn)：将一个波所花费的时间(0.009秒)除以N(或64)个样本以导致为约143微秒的采样时间。换句话讲，每隔143微秒对输出响应602的大小进行采样，并且存储测量结果。在采样步骤中，在不同于第一采样时间间隔的第二采样时间间隔处测量输出信号的大小，以确保采样输出响应的大小不偏离理论连续输出信号(如，纯正弦波输出)。第二采样时间间隔可为偏离第一时间间隔的预定时间偏移或第一采样时间间隔的百分比。该百分比可为约5％至约30％。作为另外一种选择，可使用分段输出信号(例如，图9E中的906)的峰至峰持续时间来设定第一采样时间间隔ST1。例如，如图9E中所示，可使用峰908至峰912的持续时间来设定第一采样持续时间ST1或可使用信号906的一个波中的所有峰值的峰至峰持续时间的平均值来设定第一采样持续时间。第二采样时间间隔ST2可比第一采样时间间隔ST1增加(或减小，这取决于波的方向)一定的百分比。在一个实施例中，该百分比可为约5％至约30％的任何值并且优选地为约20％。一旦确定第二采样时间间隔，则在每个连续的第二采样时间间隔ST2处测量输出信号906(图9F)的大小，且两个连续的时间间隔ST2在此处的图9F中示为ST2(a)和ST2(b)，其中在910、912、914等处对输出信号的大小进行采样。通过输出信号的采样大小，可按照此前所述来确定输入信号与输出信号之间的相位角差值并且可测量电容。因此，申请者对偏移时序的使用允许采样间隔消除采样输出信号的大小的差值，从而同时允许经过修改的采样时间间隔与连续(非分段的)输出信号接近一致，以用于更准确的测量目的。

因为对于在输出信号的持续时间期间的适当时间处来采样输出响应信号的问题提供出解决方案，申请人认识到，尽管使用无需考虑电池内或条上的电阻的公式(公式8或公式9)是有利的，但仍需要不同的技术来测定考虑测试条电阻R_条的电容。如果测试条电阻在电容测定中起到比申请人先前所认识的更大的作用，则这对于申请人尤其显而易见的是需要考虑测试条电阻。

由此，申请人已进一步地发现了新技术效果，其中通过将电化学测试电池的输出信号的振幅转换成复阻抗，来自实际测试条的输出信号响应大体匹配图8A的参考或预测电响应。具体地讲，通过基于振荡信号、相位角、和测试电池与连接器之间的电阻来转换得自测试电池的输出的振幅并且基于电化学测试电池的复阻抗和预定频率来导出电化学测试电池的电容，实现了如下技术效果：其中实际测试条的响应(图10)大体类似于图8A的预测模型。

因此，申请人已发明了确定测试条的电化学生物传感器测试电池的电容的新方法，所述测试条可具有预定测试条电阻值并且具有设置在电化学测试电池中且耦合到测试条端口连接器的至少两个电极。测试条端口连接器可包括用于电极的相应连接器。这些连接器连接到微控制器。参见图11，所述方法可通过如下步骤来实现：在步骤1100中将流体样品沉积在电化学测试电池中；在步骤1102中向电化学测试电池施加预定频率的振荡信号；在步骤1104中确定来自电化学测试电池的输出信号和振荡信号之间的相位角；在步骤1114中测量来自电化学测试电池的输出信号的振幅；在步骤1116中基于振荡信号、相位角、以及测试电池和连接器之间的电阻来将测得的振幅转换成电化学测试电池的复阻抗；以及在步骤11168中基于电化学测试电池的复阻抗和预定频率来导出电化学测试电池的电容。尽管步骤1108、1114、和1116可用于允许在步骤1118中导出电容，但可使用步骤1106、1108、1110、和1112来实现测试电池的输出响应的修改采样时间，这将允许降低或消除本文发现的异常。如此前相对于图9A-9E所述，修改或补偿时间间隔的使用将允许系统在输出信号将符合理论纯输出波信号的时间处或接近该时间处来对信号进行采样。

在上文指出的该方法(图11)中，基于振荡信号、相位角、和测试电池与连接器之间的电阻来将测得的振幅转换成电化学测试电池的复阻抗的步骤可按如下方式来进行。在交替改变电流方向的实例中，将测得的输出信号转换成复阻抗的操作可得自通过公式10示出的阻抗、电压、和电流之间的已知关系。

Z=V／I_T      公式(10)

其中

Z为阻抗；

V为所施加电压，并且

I_T为总电流

根据图5C中的矢量图的关系，电容的容抗X由公式11给出。

X=|Z|sinΦ      公式(11)

其中

X为容抗；

Φ为输入和输出之间的相位角；并且

Z为电路的阻抗。

根据图5C的矢量图，条的电阻(指明为总电阻或R_总)由公式12给出。

R_总＝|Z|cosΦ      公式(12)

其中：

R_总为测试条的总电阻；

Φ为输入和输出之间的相位角

Z为电路的阻抗

已知的是，测试条的总电阻R_总为测试条电阻R_条和测试电池电阻R_电池的和，或如公式13所示，电池R_电池的电阻为R_总和R_条之间的差值。

R_电池R_总_R_条      公式(13)

由于从总电阻中减去测试条的电阻可给出测试电池的电阻，则可作为转换步骤的一部分来导出新阻抗(“Z_新”)以将测试条电阻的此减去操作反映在公式14.1中。

或

其中：

Z_新为反映减去R_条的阻抗；

Z为总电阻R_总的阻抗

R_电池为仅电化学测试电池的电阻。

由于已知新阻抗Z_新，则可通过考虑电池的电阻以及新阻抗Z_新来导出新相位角(“Φ_新”)，在此处示于公式15中。

其中：

Φ_新治

孪辔唤牵；

Z_新为反映减去R_条的阻抗；并且

R_电池为仅电化学测试电池的电阻。

由于已知新相位角和反映测试电池的电阻的新阻抗，则可在公式16中计算容抗，该公式通过进一步的代换产生公式16.1：

X_电池＝Z_新sin(Φ_新）      公式(16)

将公式(14)和(15)代换到公式(16)内提供出：

其中：

X_电池为不含测试条电阻R_条情况下的电化学测试电池的容抗。

由于已知测试电池的容抗和所施加的振荡电压的频率，可通过如下方式来导出测试电池的电容：利用公式(17)中的电容和容抗之间的已知关系给出公式(18)并且代换公式16.1，这样可使用公式(19)来确定测试电池的电容。

$C=\frac{1}{2\mathrm{\πfX}}$    公式(17)

为了验证此实施例，利用不同的预定测试条电阻R_条来评价具有本文所述的通常构型的电化学测试电池，并且结果通过图表绘于图10中。如从这些曲线图可见，图10中的测试电池的响应(如，实际的电容和电池电阻)显示为逼近图8A所示的预测响应。具体地讲，如图10所示，就其中预定测试条电阻为约100欧姆的响应曲线704”而言，曲线704”对于约100千欧姆至约20千欧姆的电池电阻大体恒定地为约620纳法并且对于约20千欧姆至约0欧姆的电池电阻增加至约625纳法。当测试条电阻被假定为约200欧姆时，测试电池的响应(曲线706”)对于约100千欧姆至约20千欧姆大体恒定地为约615纳法并且在约20千欧姆至约0欧姆的电池电阻范围上从约615纳法递减至约610纳法。当测试条电阻被假定为约150欧姆时，测试电池的响应(曲线705)对于约100千欧姆至约20千欧姆大体恒定地为约610纳法并且在约20千欧姆至约0欧姆的电池电阻范围上从约610纳法递减至约600纳法。由此，据信该结果证实了申请人对于测试电池的响应的发现。

基于上文提供的实例，可通过如下方式来实现用于评价电化学测试电池的状态的方法：将流体样品沉积在电化学测试电池中；向电化学测试电池中的流体样品施加预定频率的振荡信号；确定来自电化学测试电池的输出信号和振荡信号之间的相位角；测量来自电化学测试电池的输出信号的振幅；测量电化学测试电池的电阻；量化电化学测试电池的电容；每当出现下列情况中的至少一者或两者时告示错误：(a)所测量的电阻在电阻范围之外或(b)量化的电容在电容范围之外。例如，如此处在图8A所示，电阻范围可为约100千欧姆至约0欧姆并且电容范围可为约415纳法至约450纳法。在一个优选的实施例中，电阻范围可为约100千欧姆至约0欧姆，并且电池的电容范围可为约590纳法至约630纳法，使得每当测量的测试电池电阻和测量的电池电容(对于正在被测量的测试条而言，具有约50欧姆至约200欧姆的任何值的预定测试条电阻)高于此电阻范围和电容范围时，就将测试条存储在系统中或向使用者告示条错误。

根据本文所述的方法以及电化学测试条、硬件、和相关的组件，提供了评价电化学测试条的状态的系统。具体地讲，该系统包括测试条和微控制器。测试条包括至少两个电极和耦合到相应的至少两个电极的至少两个连接器，所述至少两个电极具有设置在测试条的测试电池中的相应电极端。微控制器连接到告示器和测试条端口连接器，所述测试条端口连接器具有连接到测试条的相应的连接器的至少两个端子。微控制器被配置成通过至少两个电极来向室提供振荡信号并且测量来自测试电池的电容和电阻响应，使得每当响应相对于测试电池的电阻范围在测试电池的电容范围之外时微控制器告示测试条为有缺陷的。

虽然已结合血糖测试条描述了示例性实施例、方法和系统，但本文所述的原理也适用于使用在设置于至少两个电极之间的试剂上的生理体液的任何分析物测量条。

如上所述，微控制器可编程为通常执行本文所述的各种处理步骤。微控制器可为特定装置的一部分，特定装置例如为葡萄糖仪、胰岛素笔、胰岛素泵、服务器、移动电话、个人计算机或手持移动装置。此外，可使用本文所述的各种方法，使用现成的软件开发工具(例如C或C的变型，(例如C+、C++或C-Sharp))来生成软件编码。然而，所述方法可取决于用于对该方法进行编码的新软件语言的要求和可用性被转换成其他软件语言。另外，所述的各种方法一旦转换成合适的软件编码，就可以在任何计算机可读存储介质中实施，当由合适的微控制器或计算机执行时，该计算机可读存储介质能够可操作地执行这些方法中所述的步骤连同任何其他必要的步骤。

虽然已经就特定的变型和示例性附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员将认识到本发明不限于所描述的变型或附图。此外，在上述的方法和步骤表示以一定的次序发生某些事件的情况下，本领域的普通技术人员将认识到某些步骤的次序可被修改，并且此类修改形式属于本发明的变型。另外，所述步骤中的某些在可能的情况下可在并行过程中同时执行，以及按如上所述按顺序执行。因此，本专利旨在涵盖本发明的变型，只要这些变型处于在权利要求中出现的本发明公开的实质内或与本发明等同。

Claims (33)

1.一种确定测试条的电化学生物传感器测试电池的电容的方法，所述测试条具有设置在所述电化学测试电池中且通过相应的测试条连接器耦合到微控制器的两个电极，所述方法包括：

将流体样品沉积在所述电化学测试电池中；

向所述电化学测试电池施加预定频率的振荡信号；

确定来自所述电化学测试电池的输出信号和振荡信号之间的相位角；

测量来自所述电化学测试电池的输出信号的振幅；

基于所述振荡信号、相位角、以及所述测试电池和所述连接器之间的电阻来将所测量的振幅转换成所述电化学测试电池的复阻抗；以及

基于所述电化学测试电池的复阻抗和预定频率来导出所述电化学测试电池的电容。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述转换包括：

由所述相位角来确定所述测试电池的总阻抗。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定包括：

用所述总阻抗以及所述测试电池和所述连接器中的一个之间的电阻来设定所述测试电池的电阻。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述设定包括由所述确定和所述设定来提取所述复阻抗。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述提取包括在不存在所述测试电池和所述连接器之间的电阻的情况下来计算新相位角。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述计算包括将所述新相位角转换成容抗。

7.根据权利要求6所述的方法，其中通过任何圆的周长与其直径的比率和所述预定频率的乘积，使所述测试电池的电容与所述容抗相关。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量包括：

基于预定频率下输出信号的预定采样率/周期来确定用于测量输出信号的第一采样时间间隔；以及

在与所述第一采样时间间隔不同的第二采样时间间隔处对来自所述室的输出信号进行采样，使得在所述第二采样时间间隔的每个连续处而不是在所述第一时间间隔处测量每个采样输出信号的大小。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二采样时间间隔基于相对于所述第一采样时间间隔的预定偏移时间。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一采样时间间隔包括所述输出信号的大小的每次阶跃变化之间的持续时间。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述偏移时间包括第一采样时间间隔的百分比。

11.根据权利要求11所述的方法，其中所述百分比包括所述第一采样时间间隔的约5％至约30％的范围。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述确定包括：

确定预定频率下所述信号的一个波的持续时间；

划分每个波的多个测量样本的持续时间以获得持续时间；以及

将所述第一采样时间间隔设定成与所述持续时间大体相等。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述确定包括：

评价所述输出信号以确定所述输出信号的每次阶跃变化之间的持续时间；以及

将所述第一采样时间间隔设定成与所述持续时间大体相等。

15.根据权利要求13或权利要求14中的一项所述的方法，其中所述偏移时间包括第一采样时间间隔的百分比。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述百分比包括所述第一采样时间间隔的约5％至约30％的范围。

17.一种评价电化学测试条的状态的方法，所述电化学测试条具有设置在测试电池中且连接到对应的连接器的至少两个电极，所述方法包括：

将流体样品沉积在所述电化学测试电池中；

向所述电化学测试电池中的流体样品施加预定频率的振荡信号；

测量来自所述电化学测试电池的输出信号的振幅；

确定来自所述电化学测试电池的输出信号和振荡信号之间的相位角；

用所述总阻抗以及所述测试电池和所述连接器中的一个之间的预定电阻来设定所述测试电池的电阻；

基于所述测试电池的电阻和所述测试电池的阻抗来量化所述电化学测试电池的电容；

每当出现下列情况中的至少一者时告示错误：(a)所述测试电池的测量的电阻在电阻范围之外或(b)所述电化学测试电池的量化的电容在电容范围之外。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述电阻范围包括约0欧姆至约100,000欧姆。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述电容范围包括约410纳法至约450纳法。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述电容范围包括约590纳法至约630纳法。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定电阻包括选自约0欧姆至约200欧姆范围的值。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定电阻选自约0欧姆、约50欧姆、约100欧姆、约150欧姆、约200欧姆的一系列值，所述电阻范围包括约0欧姆至约100,000欧姆，并且所述电容范围包括约410纳法至约630纳法。

23.根据权利要求17所述的方法，其中所述设定包括：

由所述相位角来确定所述测试电池的总阻抗；

用所述预定电阻来取得所述测试电池的电阻。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述量化包括由所述确定和所述取得来提取所述复阻抗。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述提取包括在不存在所述预定电阻的情况下来计算新相位角。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述计算包括将所述新相位角转换成容抗。

27.根据权利要求26所述的方法，其中通过圆的周长与其直径的比率和所述预定频率的乘积，使所述测试电池的电容与所述容抗相关。

28.根据权利要求17或权利要求27中的一项所述的方法，其中所述预定电阻范围包括约0欧姆至约120,000欧姆的范围，并且所述预定电容范围包括约500纳法至约650纳法的范围。

29.一种评价电化学测试条的状态的系统，所述系统包括：

测试条，所述测试条包括：

具有设置在测试电池中的相应的电极端的至少两个电极；和

耦合到所述相应的至少两个电极的至少两个连接器，使得在所述连接器中的至少一个和所述电极之间设定测试条电阻；和

连接到测试条端口连接器的微控制器，所述测试条端口连接器具有连接到所述测试条的相应的连接器的至少两个端子，所述微控制器被配置成通过所述至少两个电极来向所述室提供振荡信号、基于所述测试电池和所述测试条电阻的相位角响应来测量来自所述测试电池的电容和电阻响应、并且每当所述电容和电阻响应相对于所述测试电池的电阻范围在所述测试电池的电容范围之外时指定测试条为有缺陷的。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述电阻范围包括约0欧姆至约100,000欧姆。

31.根据权利要求29所述的系统，其中所述电容范围包括约410纳法至约450纳法。

32.根据权利要求29所述的系统，其中所述电容范围包括约590纳法至约630纳法。

33.根据权利要求29所述的系统，其中所述预定电阻为选自约0欧姆至约200欧姆范围的值。

34.根据权利要求29所述的系统，其中所述预定电阻选自约0欧姆至约200欧姆的任何值，其中所述电阻范围包括约0欧姆至约100,000欧姆，并且其中所述电容范围包括约410纳法至约630纳法。

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