CN100567973C - 电化学试纸 - Google Patents

Abstract

一种具有检测样品注入状态功能的电化学试纸。此电化学试纸包括一绝缘基板；一电极系统，置于绝缘基板之上，电极系统包括一测量电极组、一辨识电极组及一电阻，其中测量电极组包括相互绝缘的一参考电极及一工作电极，辨识电极组包括由该电阻连接的一第一辨识电极及一第二辨识电极；以及一绝缘层，覆盖电极系统的一部分，其中未被绝缘层覆盖的电极系统的一部分形成具有一开口端的一反应区。当一液态样品由开口端注入反应区时，依序接触到测量电极组及辨识电极组。

Description

电化学试纸

技术领域

本发明关于一种电化学试纸，特别是，关于一种可启动仪器、确认试纸是否置入仪器的正确位置、辨识样品是否进入反应区以及确认样品适当覆盖反应区的电化学试纸。

背景技术

在医学或生化的检测上，电化学试纸的使用已经是一项普遍的技术。传统的电化学试纸具有两个电极，在将样品注入试纸的反应区后，借由这两个电极来测量样品的电性特性。然而，在这样的结构下，无法在进行测量前确定样品是否已经完全覆盖两个电极，甚至无法确定样品是否有无注入反应区中。

为解决上述问题，美国专利第5582697号公开了一种具有三个电极的电化学试纸。此第5582697号美国专利在反应区中增加一第三电极，相较于其它两电极，此第三电极置于距离反应区入口的最远处。在注入样品后，借由检测反应区中最靠近入口及最远离入口的两电极间的电流变化，来确认样品是否适当地覆盖第三电极之外的两个电极。试纸需置入一测量仪器中并与仪器建立电性连接后，才能进行测量。然而，第5582697号美国专利所公开的方法并无法辨识试纸是否正确置入仪器，且必须直到样品覆盖大部分的反应区后，才能确定样品已进入反应区。

因此，有必要提供一种可以辨识是否正确地置入仪器并可以检测样品注入状态电化学试纸。

发明内容

鉴于先前技术所存在的问题，本发明提供了一种电化学试纸，其具有辅助试纸置入仪器中的正确位置、辨识样品是否进入反应区、以及进入反应区的样品是否足量等功能。

根据本发明的一方面，提供了一种具有检测样品注入状态功能的电化学试纸。此电化学试纸包括一绝缘基板；置于绝缘基板之上一电极系统，此电极系统包括一测量电极组、一辨识电极组及一电阻，其中测量电极组包括相互绝缘之一参考电极及一工作电极，该辨识电极组包括由该电阻连接之一第一辨识电极及一第二辨识电极；以及置于电极系统之上一绝缘层，其中未被绝缘层覆盖的电极系统的一部分，形成具有一开口端的一反应区。当一液态样品由开口端注入反应区时，依序接触到测量电极组及辨识电极组。

根据本发明的另一方面，提供了一种电化学感测系统，其包括上述的电化学试纸以及一测量仪器。其中，测量仪器包括耦合至电极系统的一开关模块，用以选择性地导通或断开电极系统与测量仪器之间的电性连接；一模拟数字转换器，耦合至开关模块；一处理器，耦合至模拟数字转换器及开关模块，并用以控制开关模块；以及一插入感应器，耦合至开关模块及处理器，用以检测电化学试纸与测量仪器间的电性连接。

根据本发明的再一方面，提供了一种电化学感测系统，其包括上述的电化学试纸、一启动装置、一电压供应装置以及一测量装置。其中，启动装置通过与电化学试纸的耦合而形成一回路；电压供应装置用以在各电极之间提供一电压；以及测量装置用以测量第一辨识电极与第二辨识电极间的一电性变化、以及参考电极与工作电极间的一电性变化。

根据本发明的又一方面，提供了一种使用上述的电化学试纸以感测一液态样品的方法。此方法包括以下步骤：(a)将电化学试纸置入一测量仪器中，借由第一辨识电极、电阻以及第二辨识电极电极与测量仪器形成一回路，而启动测量仪器；(b)测量第一辨识电极及第二辨识电极之间的阻抗值，以判断电化学试纸是否正确置入测量仪器；(c)提供液态样品于反应区中；(d)测量加入液态样品前后，参考电极及工作电极之间的电性变化；(e)测量第一辨识电极及第二辨识电极之间的电性变化；以及(f)施加电压于参考电极及工作电极之间，并测量此电压所对应的电流。

配合以下的优选实施例的叙述与附图说明，本发明的目的、实施例、特征、及优点将更为清楚。

附图说明

图1根据本发明一实施例，示出一电化学试纸的结构分解图；

图2A-2C示出形成于电化学试纸上的3种不同的电极安排及反应区形状；

图3是根据本发明一实施例而示出的一感测系统方块图；以及

图4示出使用本发明的电化学试纸以感测一液态样品的方法流程图。

组件符号说明

10、基板                 20、电极系统

22、222、参考电极        23、测量电极组

24、224、工作电极        26、226、第一辨识电极

27、辨识电极组           28、228、第二辨识电极

29、229、电阻            30、反应区

32、入口                 34、连接区

50、反应层               60、亲水性隔片

62、上隔片               64、气孔

100、感测系统            200、电化学试纸

300、测量仪器            320、连接器

321、开关模块            322、放大器

323、模拟对数字转换器    324、插入感应器

325、处理器              326、显示器

330、电源

具体实施方式

本发明公开一种电化学试纸及其使用方法。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图1至图4的附图。然以下实施例中所述的装置、组件及程序步骤，仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。

图1根据本发明一实施例，示出一电化学试纸的结构分解图，其中为了方便理解各组件间的相对位置，而以虚线代表此电化学试纸的轮廓。本发明的电化学试纸包括一绝缘基板10、一电极系统20、一绝缘层40、一亲水性隔片60及一上隔片62。绝缘基板10具有电绝缘性，其材料可包括但不限于：聚氯乙烯(PVC)、玻璃纤维、聚酯、电木板、聚对苯二甲酸二乙酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)或陶瓷等。电极系统20包括一测量电极组23、一辨识电极组27及一电阻29，其中测量电极组23包括互相绝缘的参考电极22及工作电极24，辨识电极组27包括由电阻29连接的第一辨识电极26及第二辨识电极28。电极系统20的材料可为任何导电物质，例如碳胶、银胶、铜胶、碳银混合胶、或其类似物及组合等。绝缘层40覆盖部分的电极系统20，使得未被覆盖的电极系统20的一端形成用以容纳液态样品的一反应区30，另一端则形成用以与测量仪器相接的连接区34，其中反应区30具有一入口32，供液态样品注入。绝缘层40的材料可包括但不限于PVC绝缘胶带、PET绝缘胶带、热干燥型绝缘漆或紫外光干燥型绝缘漆。当液态样品自反应区30的入口32注入，依序会接触到电极系统20中的测量电极组23及辨识电极组27。本发明的电化学试纸还包括置于反应区30中的一反应层50，其至少包括氧化还原酶，用以与样品液态产生化学反应，其中，氧化还原酶的种类随液态样品不同而有所不同。反应层50至少覆盖于反应区30中的测量电极组23之上，然而亦可覆盖于反应区30中的辨识电极组27之上。亲水性隔片60及上隔片62搭配而形成一气孔64，用以排出反应区30中的气体，以加强毛细作用而加速液态样品的注入的速度，缩短液态样品充满反应区30的时间。亲水性隔片60可引导液态样品的流向并具有导出气体的功能。

电化学试纸置入一测量仪器后，通过电阻29的连接，使得第一辨识电极26、第二辨识电极28与测量仪器间形成一回路，而启动测量仪器。测量仪器启动后，可进一步的检测第一辨识电极26与第二辨识电极28间的阻抗值，再与电阻29的阻抗值比较，而判断电化学试纸是否置入正确的位置。在液态样品注入电化学试纸的反应区30后，将造成参考电极22与工作电极24间的阻抗变化，因此检视此阻抗变化可判断液态样品是否已进入反应区30中。

在反应区30中，由于测量电极组23及辨识电极组27的布置是依序由反应区入口32至反应区深处，因此液态样品要到达辨识电极组27必定完全覆盖测量电极组23。若可判断液态样品到达辨识电极组27，即可判断液态样品已覆盖测量电极组23。因此，在确认样品进入反应区30后，可接着检视第一辨识电极26与第二辨识电极28间的电性变化，以判断样品是否到达辨识电极组27。检视方法可例如为加电压于第一辨识电极26与第二辨识电极28之间，而观察其阻抗值变化是否合于样品到达第一辨识电极26与第二辨识电极28的阻抗变化。在图1的例子中，在加入样品前，第一辨识电极26与第二辨识电极28之间的阻抗值，约为电阻29的阻抗值，而在加入样品后，则改变成为约为电阻29与样品所形成的等效电阻二者并联后的阻抗值。

在确认样品适当的覆盖反应区30之后，即可进行参考电极22与工作电极24间的电性测量，其主要是测量在反应区30内，样品与反应层50中的氧化还原酶进行电化学作用而产生的电流变化。

图2A-2C示出形成于电化学试纸上的3种不同的电极安排及反应区形状，其中测量电极组23中的参考电极22与工作电极24、及辨识电极组27中的第一辨识电极26及第二辨识电极28是互相绝缘，但第一辨识电极26与第二辨识电极28通过电阻29而连接。在图2A中，反应区入口32在正下方，在图2B中，反应区入口32在左侧，而在图2C中，反应区入口32在左下方。如图2A-2C所示，自反应区30的一入口32向内，会依序接触到测量电极组23及辨识电极组27。事实上，只要各电极组在反应区30中的排列顺序如上述，且各电极之间彼此绝缘即已足够，本发明并不限制电极在试纸上的安排方式以及反应区30形状。

图3是根据本发明一实施例而示出的一感测系统100的方块图，此系统包括本发明的一电化学试纸200以及一测量仪器300。测量仪器300包括用以对外连接的一连接器320、一开关模块321、一放大器322、一模拟对数字转换器323、插入感应器324以及一处理器325。电化学试纸200中的参考电极222、工作电极224、第一辨识电极226及第二辨识电极228通过与连接器320之间的相接而与测量仪器300电性相连。开关模块321用以选择性地将化学试纸200中的各电极连接至测量仪器300的接地端、或连接至测量仪器300内各个电路。测量仪器300还包括用以显示各种测量结果一显示器326，以及用以提供所需电源的一电源330。在另一实施例中，显示器326及电源330可为外接装置，而不包括于测量仪器300中。

当电化学试纸200与连接器320连接，第一辨识电极226、电阻229及第二辨识电极228、连接器320、开关模块321与插入感应器324之间形成一回路，借此传送一讯号至处理器325，进而启动测量仪器300。插入感应器324可为一传统的电力开启(power-on)电路，在连接试纸200前为一断路，在连接试纸200后形成一回路。举例来说，插入感应器324可包括一二极管或一晶体管，在试纸200插入后，将原本不导通的二极管或晶体管导通，而造成二极管或晶体管端点电压的变化，进而启动测量仪器300。然而，在某些情况中，测量仪器300的启动可能是由其它非预期的因素所造成，因此，在启动测量仪器300后，处理器325可提供电压于第一辨识电极226与第二辨识电极228之间，以测量其阻抗值，再与电阻229的阻抗值比较，而判断电化学试纸200是否正确的与连接器320连接。

在确认电化学试纸200正确连接的情况下，处理器325改为在参考电极222与工作电极224之间提供一电压。当样品注入试纸200的反应区后，参考电极222与工作电极224之间的阻抗值会因此而发生变化。一般而言，这是由于样品连接了参考电极222与工作电极224，而使其之间的阻抗值变小。接着，通过放大器322及模拟对数字转换器323将此变化数据化并传送至处理器325，而使处理器325得以确认样品注入反应区。

在确认样品进入反应区后，可进一步检测样品在反应区中分布状态。根据本发明的一实施例，处理器325确认样品进入反应区后，在第一辨识电极226与第二辨识电极228之间提供一电压。一旦样品到达反应区底部的第一辨识电极226与第二辨识电极228，处理器325便可检测到足够电流变化，而确认样品适当覆盖反应区。

在确认样品适当覆盖反应区(亦即样品完全覆盖参考电极222及工作电极224)后，处理器325施加电压于参考电极222与工作电极224之间，再通过放大器322及模拟对数字转换器323量取参考电极222与工作电极224之间因样品的电化学作用而产生的电流变化。

图4示出使用本发明的电化学试纸，以感测一液态样品的方法流程图。首先，在步骤S400提供本发明的电化学试纸。如前述，此试纸包括互相绝缘的4个电极：参考电极、工作电极、第一辨识电极及第二辨识电极，其中第一辨识电极与第二辨识电极是通过一电阻而连接。接着，在步骤S410，将试纸置入一测量仪器中并借此启动此测量仪器。仪器启动后，在步骤S420中，测量第一辨识电极与第二辨识电极间的阻抗值，若合于预期中数值，则继续进行至步骤S430，提供一液态样品于电化学试纸中的一反应区。接着，在步骤S440中，测量参考电极与工作电极间的阻抗值变化，若合于预期，表示液态样品已正确的注入反应区中。在确定液态样品正确的注入反应区后，则进行至步骤S450。在步骤S450中，测量第一辨识电极与第二辨识电极的电性变化，若合于预期，表示液态样品已充分的覆盖反应区。举例而言，与步骤420所测量的阻抗值相较，若阻抗值有足够的变化，则可确认样品已覆盖反应区。接着，在步骤S460中，测量参考电极与工作电极的电流变化，以检测液态样品的特性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明；凡其它未脱离本发明的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在本发明范围内。

Claims (16)

1.一种具有检测样品注入状态功能的电化学试纸，包括：

一绝缘基板；

一电极系统，置于该绝缘基板之上，该电极系统包括一测量电极组、一辨识电极组及一电阻，其中该测量电极组包括相互绝缘的一参考电极及一工作电极，该辨识电极组包括由该电阻连接的一第一辨识电极及一第二辨识电极；以及

一绝缘层，覆盖该电极系统的一部分，其中未被该绝缘层覆盖的该电极系统的一部分形成具有一开口端的一反应区；

其中，当一液态样品由该开口端注入该反应区时，依序接触到该测量电极组及该辨识电极组，并且其中，在将该电化学试纸置入一测量仪器后，通过检测该第一辨识电极与该第二辨识电极之间的阻抗值，然后与该电阻的一阻抗值比较，来判断该电化学试纸是否置入正确的位置。

2.根据权利要求1所述的电化学试纸，其特征在于，还包括一上盖，置于该绝缘层之上，该上盖具有一孔洞，用以排出该反应区中的气体。

3.根据权利要求1所述的电化学试纸，其特征在于，还包括一反应层，置于该反应区中，其中该反应层包括一氧化还原酶。

4.根据权利要求3所述的电化学试纸，其特征在于，该反应层至少覆盖于该测量电极组之上。

5.一种电化学感测系统，包括：

根据权利要求1所述的一电化学试纸；并且

该测量仪器包括：

一开关模块，耦合至该电极系统，用以选择性地导通或断开该电极系统与该测量仪器之间的电性连接；

一模拟数字转换器，耦合至该开关模块；

一处理器，耦合至该模拟数字转换器及该开关模块，并用以控制该开关模块；以及

一插入感应器，耦合至该开关模块及该处理器，用以检测该电化学试纸与该测量仪器间的电性连接。

6.根据权利要求5所述的电化学感测系统，其特征在于，在该液态样品注入该电化学试纸的该反应区前及后，所造成该参考电极及该工作电极之间的一电性变化，是通过该模拟数字转换器传送至该处理器。

7.根据权利要求5所述的电化学感测系统，其特征在于，在该液态样品注入该电化学试纸的该反应区后，该处理器施加一电压于该第一辨识电极及该第二辨识电极之间，以检测该第一辨识电极及该第二辨识电极间的一电性变化。

8.根据权利要求5所述的电化学感测系统，其特征在于，在该液态样品注入该反应区且接触该第一及第二辨识电极之后，该处理器施加一电压于该参考电极及该工作电极之间，并通过该模拟数字转换器而获得该参考电极及该工作电极之间的一电流变化。

9.根据权利要求5所述的电化学感测系统，其特征在于，该测量仪器还包括耦合至该处理器的一显示器，用以显示该电极系统中的电性变化。

10.一种电化学感测系统，包括：

根据权利要求1所述的一电化学试纸；

一启动装置，通过与该电化学试纸的耦合而形成一回路；

一电压供应装置，用以在各该电极之间提供一电压；以及

一测量装置，用以测量该第一辨识电极与该第二辨识电极间的一电性变化、以及该参考电极与该工作电极间的一电性变化。

11.一种使用根据权利要求1所述的电化学试纸以感测一液态样品的方法，包括以下步骤：

(a)将该电化学试纸置入一测量仪器中，未加入该液态样品于该电化学试纸时，借由该第一辨识电极、该电阻以及该第二辨识电极与该测量仪器形成一回路，而启动该测量仪器；

(b)提供该液态样品于该反应区中；以及

(c)施加一电压于该参考电极及该工作电极之间，并测量该电压所对应的一电流。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(a)及步骤(b)之间还包括以下步骤：

(a1)测量该第一辨识电极及该第二辨识电极之间的阻抗值，以判断该电化学试纸是否正确置入该测量仪器。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(b)及步骤(c)之间还包括以下步骤：

(b1)测量加入该液态样品所造成的该参考电极及该工作电极之间的电性变化，以确认该液态样品进入该反应区。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤(b)及步骤(c)之间还包括以下步骤：

(b2)测量该第一辨识电极及该第二辨识电极之间的电性变化，以确认该液态样品覆盖该参考电极及该工作电极。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(a)所形成的该回路导通一二极管，而造成该二极管的一正端的一电压变化，且由该电压变化启动该测量仪器。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(a)所形成的该回路导通一晶体管，而造成该晶体管的一集电极的一电压变化，且由该电压变化启动该测量仪器。

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