CN101710094A - 一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物传感器芯片/试条，具体涉及一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，属医用生物传感器技术领域。它包括有一个由两片膜/片之间的空间形成的微型血液室，其中一个是具有孔洞的亲水性的膜/片，另一个是疏水性的膜/片，一个可进行化学和生化反应的工作区间，该区间和亲水膜/片相连接或邻近，一个可以使血液进入微型血液室的入口。所述生物传感芯片/试条，含有一个基片。所述基片上附着不少于一个工作电极、不少于一个参比电极。所述工作电极和参比电极分别自基片的采样端延伸到检测端。所述采样端具有不少于一个干酶活性特征的反应区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物传感器芯片/试条，具体涉及一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，属医用生物传感器技术领域。
背景技术
近年来用生物传感器芯片/试条进行生物指标检测已为人所知所用。最大的优点是简单快速，一滴指血，就可以即测即得所需要的结果。需要说明的是，这样测得的结果，都依据医院用静脉血的血清/血浆的结果为测试标准，从而声称其指血测得的结果‘等同与’医院血清/血浆测得的结果。已经广泛使用的这类生物传感器芯片/试条用于血糖检测，最近又有用指血检测胆固醇，甘油三酯等与健康有关的参数。但是血液中存在红白血球占有相当的体积，这些因素对检测结果有直接的影响，这也是用生物传感器芯片/试条测指血是得不到真正等同医院用静脉血的血清/血浆(去掉红白血球)的测试结果，只是用类比法校正到‘等同’的结果。这也是造成测试结果有误差的主要原因所在。在医院里，通常是用离心的方法把血液中的红白血球去掉。虽然该方法简便快捷，但是测试即能得到结果的生物传感器芯片/试条测试法不具备实现直接测试血清/血浆的条件，而只能测试指血全血，即测试混合有红白血球的全血。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足之处，提供一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，它包括一个由两片膜/片之间的空间形成的微型血液室，其中一个具有空洞的亲水性的膜/片，另一个是疏水性的膜/片；一个可进行化学和生化反应的工作区间，该区间和亲水膜/片相连接或邻近；一个可以使血液进入微型血液室的入口。在使用全血时，血液可以通过该入口进入介于疏水和亲水膜/片之间微型血液室，借助两个膜/片之间的表面张力的不同迫使至少部分血浆通过亲水膜/片而流到酶工作区间。
本发明是以如下技术方案实现的：一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：它包括一个由两片膜/片之间的空间形成的微型血液室，其中一个具有空洞的亲水性的膜/片，另一个是疏水性的膜/片，一个可进行化学和生化反应的工作区间，该区间和亲水膜/片相连接或邻近，一个可以使血液进入微型血液室的入口。
所述的生物传感器芯片/试条含有一个基片，所述基片上附着不少于一个工作电极、不少于一个参比电极，所述工作电极和参比电极分别自基片的采样端延伸到检测端，所述采样端具有不少于一个干酶活性特征的反应区域。
所述的工作电极和参比电极之上覆盖有多孔亲水膜/片材料，该亲水材料和其上方的另一个疏水性的膜/片形成微型血样室。
所述的夹在亲水和疏水膜/片之间形成的微型血样室的高度不小于30微米。
所述的多孔亲水膜/片，其孔洞尺寸为0.2-5微米，亲水膜/片和纯水的接触角度不大于30度。
所述的多孔亲水膜/片，是一种PC(polycarbonate)，或PET，或PS(polystyrene)，或其它材料做成，也可以是一种以上材料做成的复合材料。
所述的疏水性膜/片，其材料是PET，或其它疏水性材料，疏水性膜/片和纯水的接触角度不小于50度。
所述的疏水性和亲水性膜/片，其厚度不小于20微米。
所述的基片、工作电极、参比电极，其基片的材质是PET，厚度0.05-2mm，所述电极的材质为Au、Pt、Pd、石墨之一，其厚度在5nm-30μm。
所述的化学和生化反应的工作区间和干酶活性特征的反应区域，酶体系由如下但不限于如下酶组成的体系：脂蛋白脂肪酶；甘油激酶，磷酸甘油氧化酶，胆固醇酯酶，胆固醇脱氢酶，胆固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶，血红蛋白酶，葡萄糖氧化酶，乳酸脱氢酶，苹果酸脱氢酶，胆红素氧化酶，抗坏血酸氧化酶，过氧化物酶，尿酸酶，胶原酶，透明质酸酶，蛋白酶，蛋白水解酶，淀粉酶，脂肪酶，酵母抽提物等；非酶体系类如，纤维素，淀粉，亲水性高分子和亲水性有机无机物等，进行不少于以下一种参数的测试：胆固醇，甘油三酯，血糖，血糖蛋白，乳酸，尿酸，血液pH，血氧，血液中离子钾，钠，钙，镁，HCO3 -，PO4 3-，氧分压，CO2分压。
所述的化学和生化反应的工作区间和干酶活性特征的反应区域，其几何形状可以是一个或多个形状，包括矩形、梯形、三角形、圆、半圆、圆弧、椭圆、椭半圆、椭圆弧之一，或其组合。
本发明的优点是：该生物传感器芯片/试条包括一个由两片膜/片之间的空间形成的微型血液室，其中一个具有空洞的亲水性的膜/片，另一个是疏水性的膜/片；一个可进行化学和生化反应的工作区间，该区间和亲水膜/片相连接或邻近；一个可以使血液进入微型血液室的入口。在使用全血时，血液可以通过该入口进入介于疏水和亲水膜/片之间微型血液室，借助两个膜/片之间的表面张力的不同迫使至少部分血浆通过亲水膜/片而流到酶工作区间，从而得到直接测试血清/血浆的结果。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：
图1是一个生物传感器芯片/试条的微型血液室的分层次的结构示意图；
图2是从有进血口端的俯视图；
图3是过滤红白血球的理论模型示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，该发明涉的生物传感器芯片/试条结构有4个层面。基材10上形成分析电极(如酶电极)，上面有两个电极11A和11B。电极基本材料可以含有C，Au，Ag，Pt，Pd，Cu，Al，AgCl或其混合物。电极11A和11B的宽度不小于0.001mm，厚度不小于5nm。电极制作的方法可以多种，包括等离子化学沉积法，丝网印刷法，定量狭缝液体沉积法，喷吐法等等。分析用电极，如生物(以酶为基础的)工作浆料12，分布在如图所示的电极11A，或11B，或同在11A和11B上。至于采用哪种形式，取决于实际应用需要，如根据反应机理的需要和/或配方的需要决定。
亲水多孔膜20置于基材10之上。其材料可以是PET或PC(polycarbonate)，PS(polystyrene)，或其它材料，孔尺寸以0.2-5微米为准。亲水多孔膜20材料的另外一种结构形式也可以是由PET，PC，PS或其它材料复合组合，要求是其形成复合材料具有0.2-5微米的多孔存在，使得液体，如血浆可以通过，但是大于0.2-5微米的固体或半固体不能通过。亲水多孔材料20正好置于工作的酶材料之上将其覆盖，其尺寸一定要大于含酶材料面积。在多孔材料之上是疏水性绝缘材料30把含酶材料之外的面积覆盖同时也把分析工作电极(如酶工作电极)有效面积，即测量血液的面积固定了。疏水性膜/片材料50覆盖在亲水的材料20之上，其材料可以是PET，或其它材料。血液入孔就开在材料50上。起到垫片作用的片材40A和40B置于疏水材料50和亲水材料20(包括绝缘材料30)之间，并留出空间41使得液体可以通过此空间，再通过亲水膜20进入到酶工作材料12上。这样全部的结构结合起来，就形成微型血液工作室60了。孔洞51为微型血液工作室60提供进样(如血液)的必备结构。测试液工作区域12和亲水材料20相连或接近，距疏水材料50较远。两者之间的距离取决于材料30，40A和40B的厚度。
在应用时，测试液(如血液)是通过孔洞51进入工作室60的。这样测试液(如血液)正好置于亲水20和疏水50材料之间。如果样品是血液的话，红白血球因其尺寸大于5微米，将留在工作微型样品空间60中，而血浆通过亲水的膜/片20的孔洞渗透到酶工作区域12上。以上叙述仅仅基于示意图1和图2，该发明并不限于此图。如上述介于疏水膜/片和印有工作浆料的基片间，可以用其它形式的具有类似或同等功能的具有亲水性能的膜/片作为支撑物。又如，生物传感器芯片/试条可以设计成不同图示的‘三明治’的样式。又如，血液入口可以不设置在疏水膜/片的上端而在侧端、面的其它部位，如在图示的A或B的位置，或不设在图示51的位置而在工作区域60的边缘的位置。又如，本发明并不限于两个电极，可以是两个或两个以上的电极(即，除了11A和11B之外，再加，11C，11D，等等电极)。该发明也不限于一个酶体系测试一个参数，在同一个芯片/试条上可设置多个酶体系从而一滴血测试多个血液参数。
发明物理原理
现在再来看看该发明的原理。图3示意图可以简要地说明该该发明是如何借助于物理自然力而能够把液体从液体腔，通过亲水的膜/片，从亲水的膜/片的一面推到另一面。
如图3所示，膜/片40是疏水性材料，而膜/片20是亲水性材料。物理原理可以这样来看表面张力的分布：一滴液体滴到这两个材料上，每个材料将会有三个表面张力存在，1)固体-气体界面张力γsa，2)固体-液体界面张力γs1，3)液体-气体界面张力γ1a，
让我们用简单的方法来分析问题。如果我们仅仅考虑与本发明相关的垂直于表面的张力F1和F2，并定义张力向下为正张力，张力向上为负张力，用数学公式表示即是：
F1＝γ1a Sinθ1
F2＝-γ1a Sinθ2
如果两个基片40和20逐渐靠近，直到把液体夹在两个片材之间，这样在平衡是的合力F是：
F＝F1+F2＝γ1a(Sinθ1-Sinθ2)
对于向图1体系中的疏水材料50和亲水材料20，按照以上分析原理，平衡的合力F是正值(表明力向下)而且一定大于0，这是因为液体的接触角θ1＞θ2。
实际上，本发明的亲水性材料的选择，可以使得材料θ2角几乎是0度。这样使得F2(＝-γ1aSinθ2≈0)一定趋于0。因此，两个张力F1和F2的比值，即F1/F2将是非常大，这样的力量自然就迫使液体从里面，并通过多孔的亲水性膜/片流到外面。显而易见，以上示意图过于简单，但其发明的真谛也非常明确，其它设计形式可以不同，但其工作原理均此发明之中。
Claims (11)
1.一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：它包括一个由两片膜/片之间的空间形成的微型血液室，其中一个具有孔洞的亲水性的膜/片，另一个是疏水性的膜/片；一个可进行化学和生化反应的工作区间，该区间和亲水膜/片相连接或邻近；一个可以使血液进入微型血液室的入口。
2.根据权利要求1所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的生物传感器芯片/试条含有一个基片，所述基片上附着不少于一个工作电极、不少于一个参比电极，所述工作电极和参比电极分别自基片的采样端延伸到检测端，所述采样端具有不少于一个干酶活性特征的反应区域。
3.根据权利要求1所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的工作电极和参比电极之上覆盖有多孔亲水膜/片材料，该亲水材料和其上方的另一个疏水性的膜/片形成微型血样室。
4.根据权利要求1和3所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的夹在亲水和疏水膜/片之间形成的微型血样室的高度不小于30微米。
5.根据权利要求1和3所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的多孔亲水膜/片，其孔洞尺寸为0.2-5微米，亲水膜/片和纯水的接触角度不大于30度。
6.根据权利要求1，3，4和5所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的多孔亲水膜/片，是一种PC(polycarbonate)，或PET，或PS(polystyrene)，或其它材料做出。也可以是一种以上材料做成的复合材料。
7.根据权利要求1、3、和4所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的疏水性膜/片，其材料是PET，或其它疏水性材料，疏水性膜/片和纯水的接触角度不小于50度。
8.根据权利要求1和3-7所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的疏水性和亲水性膜/片，其厚度不小于20微米。
9.根据权利要求2所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的基片、工作电极、参比电极，其基片的材质是PET，厚度0.05-2mm，所述电极的材质为Au、Pt、Pd、石墨之一，其厚度在5nm-30μm。
10.根据权利要求1和2所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的化学和生化反应的工作区间和干酶活性特征的反应区域，酶体系由如下但不限于如下酶组成的体系：脂蛋白脂肪酶；甘油激酶，磷酸甘油氧化酶，胆固醇酯酶，胆固醇脱氢酶，胆固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶，血红蛋白酶，葡萄糖氧化酶，乳酸脱氢酶，苹果酸脱氢酶，胆红素氧化酶，抗坏血酸氧化酶，过氧化物酶，尿酸酶，胶原酶，透明质酸酶，蛋白酶，蛋白水解酶，淀粉酶，脂肪酶，酵母抽提物等；非酶体系类如，纤维素，淀粉，亲水性高分子和亲水性有机无机物等，进行不少于以下一种参数的测试：胆固醇，甘油三酯，血糖，血糖蛋白，乳酸，尿酸，血液pH，血氧，血液中离子钾，钠，钙，镁，HCO3 -，PO 4 3-，氧分压，CO2分压。
11.根据权利要求1、2和10所述的一种自动过滤红白血球的生物传感器芯片/试条，其特征是：所述的化学和生化反应的工作区间和干酶活性特征的反应区域，其几何形状可以是一个或多个形状，包括矩形、梯形、三角形、圆、半圆、圆弧、椭圆、椭半圆、椭圆弧之一，或其组合。
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