CN101614746A - 血红蛋白检测电极试片和包含其的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种血红蛋白检测电极试片，其包含电绝缘基板、电极系统、局部覆盖所述电极系统的电绝缘层，以暴露出电化学反应区和连接区，和包含电子媒介体和阴离子表面活性剂的反应膜层，其至少覆盖所述电化学反应区。本发明还涉及一种血红蛋白检测装置，其包含所述血红蛋白检测电极试片和电化学传感器。

Description

血红蛋白检测电极试片和包含其的装置

技术领域

本发明涉及一种电化学式检测电极试片，特别是涉及一种操作简易、测量精准，可用于居家监控和血库筛选的血红蛋白检测电极试片和包含其的装置。

背景技术

血红蛋白(hemoglobin)又称作血色素。血液中的血红蛋白会与氧气结合成为氧血红蛋白(oxyhemoglobin)，当血液输送到人体内氧气浓度低的细胞时，氧血红蛋白会分解为血红蛋白与氧气，氧气会被细胞利用而血红蛋白则经血液重新再被输送回到肺部以与氧气结合，如此循环不已从而完成在体内运输氧气的任务。美国食品药品管理局(FDA)设定血红蛋白的最低捐血标准值为12.5克/分升。当血液中的血红蛋白过低时，则表示贫血，而血红蛋白过高时，则为红血球增多症(polycythemia)。

通常，捐血中心对于血液筛选与捐血者的安全防护均需通过血红蛋白检测系统来把关，其测量方法众多，包含化学法、气测法、比重法和比色法等，其中目前最常被使用的检测方法有二种，第一种是硫酸铜比重法，第二种是血红蛋白测定仪(如由HemoCueInc.制造的HemoCue)。硫酸铜比重法是测量全血的比重，而非测量血红蛋白的比重，然而这种方法的干扰因素甚多，例如，当高血浆蛋白集中时，会相对地提高全血比重，导致检测误差，另外，在试验后的废液也会造成潜在的生物污染。而HemoCue属于小型检测仪器，检测所需的时间较短，但是HemoCue是利用光学的检测原理，因此，价格较高，对于一般居家照护的使用是一大阻碍。

此外，随着医学的进步与现代人对于健康护理的需求，即时检验(point-of-caretesting；POCT)的产品日渐普及化。这些检测系统多趋向于便宜、快速检测、体积小和方便使用等方向发展。一般来说，这些居家检测系统以电化学式检测系统较为价廉。

因此，有鉴于前述已知血红蛋白检测系统的缺点，需提供一种价位低廉、操作简易、测量精准、过程简便且适用于居家监控和血库筛选的电化学式血红蛋白检测系统，以满足在血红蛋白测量方面的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种血红蛋白检测电极试片，其包含电绝缘基板；具导电膜的电极系统，其中所述导电膜涂覆在所述电绝缘基板的一面，以形成分离且不相连接的工作电极与参考电极；电绝缘层，其局部覆盖电极系统，使得未被覆盖的电极系统形成电化学反应区和连接区；和反应膜层，其至少覆盖所述电化学反应区，且包含电子媒介体和阴离子表面活性剂。

本发明的另一目的在于提供一种血红蛋白检测装置，其包含上述的血红蛋白检测电极试片和电化学传感器。所述电化学传感器包含微处理器、显示器、连接器和内部存储器，其中微处理器是依据血红蛋白检测电极试片透过连接器所传来的电信号，计算位于电化学反应区上的检测样品中的血红蛋白含量，并将所述结果显示于显示器上。

附图说明

图1为本发明血红蛋白检测电极试片的一具体实施例的结构示意图。

图2显示本发明血红蛋白检测装置的一具体实施例的示意图。

具体实施方式

本文中所称的“电绝缘基板”，是指具有平直的表面和电绝缘性质的薄层片。电绝缘基板的材料可为此项技术中任何已知适用于电化学式检测电极试片的电绝缘基板的材料，例如，但不限于聚氯乙烯(PVC)板、玻璃纤板(FR-4)、聚醚砜(polyether sulfone；PES)、电木板、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)板、聚碳酸酯板、玻璃板或陶瓷板(CEM-1)。

本文中所称的“电极系统”，是指包括至少二条分离且互不相接触的导电膜(工作电极和参考电极)。所述导电膜的电极系统的材料可为此项技术中任何已知适用于电化学式检测电极试片的电极系统的材料，其较佳是以网版印刷金属膜(即网版电极，如美国专利第6,923,894B2号所揭示)或黏附金属膜(如美国专利第6,254,736 B1号所揭示)的方式，涂覆在所述电绝缘基板的一面。适合的金属膜材料包括，但不限于金、银、铂或钯，而适合网版印刷的印刷墨包括但不限于，碳墨、金墨、银墨、碳墨与银墨的混合物、挥发性石墨、铜墨或以上的组合，如先印银墨再印碳墨。根据本发明的一具体实施方面中，其中所述网版电极包括银墨层和碳墨层，且所述碳墨层覆盖在所述银墨层上。根据本发明的一具体实施方面，电极系统是用电绝缘层局部覆盖，使裸露于电绝缘层外一端的工作电极和参考电极形成电化学反应区，而另一端形成连接区。所述连接区是用于连接电化学传感器，并传递检测样品在电化学反应时诱发的电效应。

本文中所称的“电绝缘层”，是指以具有电绝缘性质的材质所形成且局部覆盖电极系统的层。电绝缘层的材料可为此项技术中任何已知适用于电化学式检测电极试片的电绝缘层的材料，例如，但不限于聚醚砜、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯或聚乙烯醇(PVA)。所述电绝缘材料是以网印方法涂布于所述电极系统上。根据本发明的一具体实施方面，电绝缘层具有厚度为约0.01到约0.6毫米。

本文中所称的“反应膜层”，是指至少覆盖于电化学反应区上的薄层，其是由可与检测样品进行反应的反应膜层调配物滴加于电化学反应区上所形成。根据本发明的一具体实施方面，反应膜层调配物包含电子媒介体和阴离子表面活性剂。

本文中所称的“电子媒介体”，是指可与全血中检测样品反应后，本身可由氧化状态还原成还原状态的物质。当电子媒介体变成还原状态时，可通过在试片上施加外加电压，促使电子媒介体由还原状态逆反应回复为氧化状态，此时化学反应的电位、电阻、或电流变化，可与反应膜层接触的工作电极与参考电极传导到电极系统另一端的接头。适用于本发明的电子媒介体包括，但不限定为铁氰化钾、黄素腺嘌呤二核苷酸(flavinadenine dinucleotide；FAD)、烟酰胺或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adeninedinucleotide；NADH)。电子媒介体的含量为以反应膜层调配物(以重量计)的约3％到约20％，较佳为约3％到约15％，更佳为约3％到约9％。根据本发明的一具体实施方面，电子媒介体为铁氰化钾，而其含量为以反应膜层调配物(以重量计)的约3％到约9％。

本文中所称的“阴离子表面活性剂”，为加强血红蛋白与电子媒介体的反应强度的物质，其例如，但不限于十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate)、十二烷基磺酸钠(sodium dodecyl sulfonate)、脱氧胆酸(desoxycholic acid；DC)或其衍生物。根据本发明的一较佳实施方面，阴离子表面活性剂为脱氧胆酸或其衍生物，而其含量为反应膜层调配物(以重量计)的约0.5％到约4％，较佳为约1.5％到约4％，更佳为约1.5％到约2.5％。于本发明的另一较佳实施方面，阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠或其衍生物，而其含量为以反应膜层调配物(以重量计)的约0.5％到约2％，较佳为约0.5％到约1％，更佳为约0.5％。于本发明的另一较佳实施方面，阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠或其衍生物，而其含量为以反应膜层调配物(以重量计)的约0.5％到约2％，较佳为约1％到约2％，更佳为约1％。

根据本发明的一较佳实施方面，反应膜层调配物另包含水溶性高分子载体。所述水溶性高分子载体可使电子媒介体干燥后附着于电绝缘基板上，并加强反应膜层与液态检测样品的间的接触作用的物质。较佳地，所述水溶性高分子载体的颗粒粒径大小约小于100微米，使得水溶性高分子载体能均匀地分布于反应膜层调配物中而不易沉淀。适用于本发明中的水溶性高分子载体可为此项技术中任何已知适用于电化学式检测电极试片的水溶性高分子载体，例如，但不限于聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、白明胶、羧甲基纤维素、甲基纤维素或其混合物。根据本发明的一具体实施方面，水溶性高分子载体的含量为反应膜层调配物(以重量计)的约0.5％到约10％，较佳为约0.5％到约4％，更佳为约0.5％到约2％。

在本发明中，血红蛋白检测电极试片可进一步包含至少完全覆盖反应膜层的亲水性网层或亲水性上盖或两者，其是用以加速检测样品的吸入速度，使检测样品能迅速覆盖电化学反应区，以减少因检测样品吸入速度不一而造成取样不足的检测误差。适用于本发明中的亲水性网层的材料可为此项技术中任何已知适用于电化学式检测电极试片中者，例如，但不限于聚醚砜、尼龙、聚乙烯(PE)或玻璃纤维。适用于本发明中的亲水性上盖的材料可为此技术中任何已知适用于电化学式检测电极试片中者，例如，但不限于聚醚砜、聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯醇。

本发明另提供一种血红蛋白检测装置，其包含上述的血红蛋白检测电极试片和电化学传感器。

在本发明的一具体实施方面中，电化学传感器包含微处理器、显示器、连接器和内部存储器。其中，连接器是将血红蛋白检测电极试片与电化学传感器连结的元件，以将电化学反应区上的反应膜层与检测样品进行电化学反应所产生的电信号传递到微处理器中；微处理器可依据所接收到的电信号，计算位于电化学反应区上的检测样品中的血红蛋白含量；内部存储器是用于存储校正参数、测量反应时间参数或多组检测模式，以供微处理器计算使用；而显示器是用于显示通过微处里器计算所得的血红蛋白含量。

在本发明的一具体实施方面中，电化学传感器可另包含外部内存，其是用于存储校正参数或测量反应时间参数，和配合血红蛋白检测电极试片的性质将校正参数或测量反应时间参数输入电化学传感器的内部存储器中。在本发明的一较佳实施方面中，内部存储器和外部内存为电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory；EEPROM)。

在本发明中，内部存储器或外部内存所存储的测量反应时间参数包含前置反应时间和电化学反应时间，其中前置反应时间是指样品于反应层静置的时间，电化学反应时间是指提供电压时间。在本发明的具体实施方面中，前置反应时间小于约40秒，较佳约5到40秒，更佳约20秒，而电化学反应时间为约5到20秒，较佳约5到10秒，更佳约5秒。

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与图2的图式，其中类似的组件符号代表类似的组件。然而以下实施例中所述，仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。

图1为本发明血红蛋白检测电极试片的一具体实施例的结构示意图。如图1所示，血红蛋白检测电极试片100包含电绝缘基板110、电极系统120、电绝缘层130、反应膜层140和亲水性网层150。

其中，电极系统120至少包含工作电极122和参考电极123，且互不相接触地涂覆在电绝缘基板110之上。电绝缘层130局部覆盖电极系统120，未覆盖的部分形成电化学反应区135和连接区170，其中电化学反应区135周边的电绝缘层130部份移除，形成取样端(如图1中箭头所示处)。反应膜层140覆盖于电化学反应区135上，而亲水性网层150则至少完全覆盖电绝缘层130。

图2显示本发明血红蛋白检测装置的一具体实施例的示意图。如图2所示，本发明的血红蛋白测量系统20包含血红蛋白检测电极试片100和电化学传感器280。

电化学传感器280包含连接器283、微处理器284、显示器286和内部存储器285。电化学传感器280中的微处理器284通过连接器283与血红蛋白检测电极试片100的连接区170电耦合，从而传递电信号，以计算位于电化学反应区135上的检测样品中血红蛋白含量，此次计算的结果则会显示于显示器286上。

此外，电化学传感器280包含内部存储器285，其可内建多组校正参数、测量反应时间参数或检测模式，并可配合血红蛋白检测电极试片100的特性由外部内存(未显示)由外部输入多组校正参数、测量反应时间参数或检测模式到内部存储器285中。

以下实施例是用于对本发明作进一步说明，并非用以限制本发明的范围。任何所属领域的技术人员可轻易达成的修饰和改变均包括于本案说明书揭示内容和所附权利要求书范围内。

实施例

实施例1：本发明的血红蛋白检测电极试片的制备

根据美国专利第6,923,894 B2号专利的实施例1中所示的方法，将含有聚氯乙烯与聚氨酯的聚合树脂导电碳浆，以网版印在PVC电绝缘基板的扁平表面上，以形成由各自分离的工作电极与参考电极所组成的电极系统，然后烘干；随即在印有所述电极系统的同一侧，涂布电绝缘层，且保留部份裸露的工作电极与参考电极以形成连接区和电化学反应区，然后烘干。

之后将以下的反应膜层调配物以固定体积方式滴加于电化学反应区上，并干燥，以形成反应膜层。

使用脱氧胆酸(DC)的反应膜层调配物

水                   92.5％

铁氰化钾        6.45％

脱氧胆酸        1.05％

使用十二烷基硫酸钠的反应膜层调配物

水                   93.5％

铁氰化钾             6.45％

十二烷基硫酸钠       0.05％

使用十二烷基磺酸钠的反应膜层调配物

水               92.55％

铁氰化钾         6.45％

十二烷基磺酸钠   1.0％

接着，在电绝缘层上直接覆盖PES亲水性网层以将反应膜层覆盖于其下，以制得血红蛋白检测电极试片。

实施例2：比较例

以上述实施例1所制得使用0.5％的十二烷基硫酸钠、1％的十二烷基磺酸钠和1.5％脱氧胆酸作为阴离子表面活性剂的血红蛋白检测电极试片与常规使用中性表面活性剂(4.0％的Triton X-100)制得的检测血红蛋白的电化学试片，以相同的检测设备检测和分析全血中血红蛋白浓度。检测结果如表1所示：

表1

由表1所示可知，在相同反应时间下，如前置反应时间为20秒时，本发明所使用的阴离子表面活性剂，其平均变异系数(mCV％)分别为3.32、7.49和6.19，皆较常规技术的中性表面活性剂的8.23小，表示本发明的血红蛋白检测电极试片的精准度较常规技术的电极试片的精准度佳。

此外，如表1所示，本发明是在脱氧胆酸浓度为1.5％时，在不同的前置反应时间，5秒、10秒、15秒、20秒、25秒、30秒和40秒下，测量不同前置反应时间试验的平均变异系数分别为4.58、5.34、3.46、3.32、5.32、4.80和6.30。由此可知，在本发明中，为制得具有较佳精准度的血红蛋白检测电极试片，前置反应时间较佳为约10到30秒。

实施例3：本发明血红蛋白检测电极试片的功效

表2为根据本发明的利用不同脱氧胆酸浓度所制得的检测电极试片的变异系数比照表。当前置反应时间为20秒时，使用具有不同浓度的血红蛋白检测样品，即12克/分升、15克/分升和18克/分升，并分别利用含0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％以和4.0％脱氧胆酸浓度的试片以进行试验，结果如表2所示：

表2

由表2所示可知，除0.5％和1.0％脱氧胆酸浓度测量12克/分升的血红蛋白检测样品外，其余含0.5％到4.0％脱氧胆酸浓度的血红蛋白检测电极试片的变异系数均小于常规技术的变异系数8.23。由此可知，在本发明中，为制得具有较佳精准度的血红蛋白检测电极试片，所使用的脱氧胆酸含量较佳为1.5％到4％，最佳为1.5％到2.5％。

据上所述，本发明的血红蛋白检测电极试片和包含其的装置不但制造程序简单、成本便宜、操作简易，更能有效提高常规电化学血红蛋白检测试片的测量精准度，适合于居家监控和血库筛选之用。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明的精神与范围内，应可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应该视后附的权利要求书中所界定者为准。

Claims (24)

1.一种血红蛋白检测电极试片，其包含：

电绝缘基板；

具导电膜的电极系统，其中所述导电膜是涂覆在所述电绝缘基板的一面，以形成分离且不相连接的工作电极与参考电极；

电绝缘层，其局部覆盖所述电极系统，未被覆盖的电极系统形成电化学反应区和连接区；和

至少局部覆盖所述电化学反应区的反应膜层，其包含电子媒介体和阴离子表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述电子媒介体选自铁氰化钾、黄素腺嘌呤二核苷酸、烟酰胺和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸组成的群组。

3.根据权利要求2所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述电子媒介体的含量为反应膜层调配物(以重量计)的约3％到约20％。

4.根据权利要求1所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述阴离子表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠和脱氧胆酸或其衍生物组成的群组。

5.根据权利要求4所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠，且所述十二烷基硫酸钠的含量为反应膜层调配物(以重量计)的约0.5％到约2％。

6.根据权利要求4所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠，且所述十二烷基磺酸钠的含量为反应膜层调配物(以重量计)的约0.5％到约2％。

7.根据权利要求4所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述阴离子表面活性剂为脱氧胆酸，且所述脱氧胆酸的含量为反应膜层调配物(以重量计)的约0.5％到约4.0％。

8.根据权利要求1所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述反应膜层另包含水溶性高分子载体。

9.根据权利要求8所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述水溶性高分子载体选自聚乙烯醇、聚乙烯咯烷酮、聚乙二醇、白明胶、羧基甲基纤维素、甲基纤维素和其混合物组成的群组。

10.根据权利要求9所述的血红蛋白检测电极试片，其中所述水溶性高分子载体的含量为反应膜层调配物(以重量计)的约0.5％到约10％。

11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的血红蛋白检测电极试片，其进一步包含亲水性网层或亲水性上盖，所述亲水性网层或亲水性上盖至少完全覆盖所述反应膜层。

12.一种血红蛋白检测装置，其包含根据权利要求1至11中任一权利要求所述的血红蛋白检测电极试片和电化学传感器。

13.根据权利要求12所述的血红蛋白检测装置，其中所述电化学传感器包含微处理器、显示器、连接器和内部存储器。

14.根据权利要求13所述的血红蛋白检测装置，其中所述微处理器是将所述血红蛋白检测电极试片透过所述连接器所传来的电信号，计算位于所述电化学反应区上的检测样品中的血红蛋白含量，以便显示于所述显示器上。

15.根据权利要求14所述的血红蛋白检测装置，其中所述内部存储器是用于存储校正参数或测量反应时间参数。

16.根据权利要求15所述的血红蛋白检测装置，其中所述测量反应时间参数包含前置反应时间和电化学反应时间。

17.根据权利要求16所述的血红蛋白检测装置，其中所述前置反应时间约小于25秒。

18.根据权利要求17所述的血红蛋白检测装置，其中所述前置反应时间约为5到20秒。

19.根据权利要求18所述的血红蛋白检测装置，其中所述前置反应时间约为20秒。

20.根据权利要求16所述的血红蛋白检测装置，其中所述电化学反应时间约为5到20秒。

21.根据权利要求20所述的血红蛋白检测装置，其中所述电化学反应时间约为5到10秒。

22.根据权利要求21所述的血红蛋白检测装置，其中所述电化学反应时间约为5秒。

23.根据权利要求12所述的血红蛋白检测装置，其中所述电化学传感器另包含外部内存，用来存储校正参数和将校正参数输入电化学传感器中。

24.根据权利要求23所述的血红蛋白检测装置，其中所述外部内存为电可擦除可编程只读存储器。

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