CN102954991B - 生物感测器及生物感测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物感测器及生物感测方法，该生物感测器用以搭配一感测单元，该感测单元包括一第一电极、一第二电极以及容纳一待测检体的反应腔体，该生物感测器耦接于一直流电压源且包括一控制单元以及一转换器。该转换器，耦接该直流电压源、该第一电极与该第二电极。该控制单元控制该转换器，使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一直流电压。本发明可以减少受血球容积比所造成的误差或利用此特性去校正血球容积比所造成的误差。

Description

生物感测器及生物感测方法

技术领域

本发明涉及一种生物感测器及生物感测方法，且特别涉及一种会根据血球容积比进行校正的生物感测器及生物感测方法。

背景技术

一般电化学感测试片的侦测原理，主要是利用血液检体中的待测物与试片上的试剂进行反应，并通过一固定电压来测量试片的一电流值，再利用一转换公式来求得待测物的浓度。但是这样的单电压取电流的检测装置很容易受到血液中的血球的干扰，进而影响到测量的正确性。血球容积比(HCT)对全血检验所产生的效应有二：(一)、改变血液的粘稠度，造成电子传递的效率不一，影响最后测量到的电流值；(二)、造成检测血清的容积比不一致，进而导致测量标准差异问题。

以血糖检测为例，由于不同使用者的血液中血清与血球的浓度比例不同，而血糖试片上的试剂只能跟血清反应，对于相同体积的全血检体而言，血球含量越高则实际上可以与试剂反应的血清的体积也越少。即使血糖浓度(血液中的葡萄糖浓度)相同，也会因为不同的血球容积比造成不同的检测结果。

为了降低或排除血球容积比不同所造成的测量误差，先前技术利用血球分离膜将检体中的血球排除。然而，这样的方法会需要更多的检体，且反应时间也会变得更长。另一种方法是利用交流阻抗测量方法来估计检体的血球容积比，并对于检测的结果进行回馈补偿。但是，这样的方式必须额外增加一组测量电极，或是采用交流电压，会增加感测试片制作的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用交替直流电压且可以减少受血球容积比所造成的误差或利用此特性去校正血球容积比所造成的误差的全血检测装置。

本发明的一实施例提供一种生物感测器，用以搭配一感测单元，该感测单元包括一第一电极、一第二电极以及一容纳一待测检体的反应腔体。该生物感测器耦接于一直流电压源且包括一控制单元以及一转换器。该转换器，耦接该直流电压源、该第一电极与该第二电极。该控制单元控制该转换器，使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一直流电压。

本发明的另一实施例提供一种生物感测方法，适用一感测单元以及一生物感测器。该感测单元容纳一待测检体且具有一第一电极以及一第二电极。该生物感测器与该感测单元连接且具有一转换器。该方法包括：对该待测检体施加一直流电压；在一第一预定时间后；通过该转换器使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一对应该直流电压且同量值的反向电压；在一第二预定时间后，量得一电流值，并根据该电流值估计该待测检体的浓度，且该电流值所受到的血容积比影响小于在第一预定时间内的电流值。

本发明的另一实施例提供一种生物感测方法，适用一感测单元以及一生物感测器。该感测单元容纳一待测检体且具有一第一电极以及一第二电极。该生物感测器与该感测单元连接且具有一转换器。该方法包括：对该待测检体施加一直流电压；在一第一预定时间后，量得一第一电流值；通过该转换器使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一对应该直流电压且同量值的反向电压；以及在一第二预定时间后，量得一第二电流值，因为第二电流值比第一电流值所受到的血容积比影响不同，可根据该第一电流值与该第二电流值估计该待测检体的一血球容积比。

本发明的另一实施例提供一种生物感测方法，适用一感测单元以及一生物感测器。该感测单元具有一反应腔体、一反应试剂、一第一电极以及一第二电极。该生物感测器具有一转换器。该方法包括：汲取一待测检体进入该反应腔体，使该待测检体与该反应试剂进行反应；在一恒稳定期时，对该待测检体施加一直流电压，并量得一第一电流值；通过该转换器使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一对应该直流电压的反向电压；在一转换期(transition)内，对该待测检体量得一第二电流值；在该待测检体被施加该反向电压持续一预定时间后，对该待测检体量得一第三电流值；因为该第三电流值比第一电流值所受到的血容积比影响不同，可根据该第一电流值与该第三电流值估计该待测检体的一血球容积比。

附图说明

图1为根据本发明的一生物感测器以及一感测单元的一实施例的示意图。

图2为施加于图1的生物感测器以及感测单元的电压与测量电流的示意图。

图3为R值与血球容积比的一关系图。

图4为血球容积比与电流的一关系图。

图5为未接受校正的第二电流值I_B与接收过校正的第二电流值I_B’的比较图。

图6为施加于一生物感测器以及感测单元的电压与测量电流的示意图。

图7为电流值I_A与电流值I_C在不同血球容积比下的漂移率的示意图。

其中，附图标记说明如下：

11：感测单元；

12：转换器；

13：运算放大器；

14：模拟数字转换器；

15：控制单元；

16：第一电极；

17：第二电极；

18：反应腔体；

I_A：第一电流；

I_B：第二电流；

I_C：第三电流；

T_A，T_B，T_C：时间点。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明的一实施例提供了一种简单的生物感测器、感测单元以及血球容积比测量技术，该技术通过补偿的方式来降低血球容积比对一般抛弃式的生物感测器所造成的干扰。其作法为先将待测检体通过毛细吸力导入一内含至少两个反应电极与反应试剂的反应腔体内。接着先施加一持续数秒钟的直流电压于两个感测电极，通过一运算放大器与一模拟数字转换器来读取感测单元内的反应信号，并在不同的时间点取得一第一电流值与一第二电流值。接着，再利用一转换器(或是切换装置)，将两个感测电极的极性瞬间、相互切换，并施加另一持续数秒的反向电压，再通过同一组的运算放大器与模拟数字转换器读取反应信号，并测量一第三电流值。其中该直流电压与该反向电压是反向的两个电压。利用该第三电流值比第一电流值所受到的血容积比影响不同，以该第一电流值与该第三电流值来估计血球容积比，接着再利用估计的血球容积比对该第二电流值进行电流值的校正，并根据该校正后的第二电流值来估计一生物感测参数，如血糖值。在另一个实施例中，可以只需测量第一电流值与第三电流值即可，再利用估计到的血球容积比来对该第三电流值进行电流的校正，并根据该校正后的第三电流值来估计一生物感测参数，如血糖值。在另一个实施例中，可以只需测量第三电流值即可，直接根据该第三电流值来估计一生物感测参数，如血糖值。

图1为根据本发明的一生物感测器以及一感测单元的一实施例的示意图。生物感测器包括一转换器12、一运算放大器13、一模拟数字转换器14以及一控制单元15。感测单元11包括一第一电极16、一第二电极17以及一反应腔体18。在本实施例中，第一电极16耦接一直流电压源提供的一直流电压V₁，且第二电极17例如是耦接一地电位GND。也即，第一电极16与第二电极17之间具有一电位差V₁。转换器12耦接运算放大器13的一正输入端与一负输入端，并根据控制单元15的一控制信号，使得该第一电极16耦接该运算放大器13的负输入端或是正输入端，且使得该第二电极17耦接该运算放大器13的正输入端或是负输入端。也即，第一电极16与第二电极17分别接到运算放大器13的两个相异的输入端。反应腔体18内储存有反应试剂，且用以容纳一待测检体，如血液。

当该待测检体进入该反应腔体18且与反应试剂起电化学作用时，该第一电极16与该第二电极17可对该待测检体施加直流电压V₁，并持续一第一预定时间T_A(例如，约第2至7秒)后，此期间通过运算放大器13与模拟数字转换器14分别量得一第一电流值I_A与一第二电流值I_B(参阅图2，后述)。接着，该控制单元15随即输出一控制信号到该转换器12，使该第一电极16与该第二电极17对该待测检体施加一与该直流电压V₁反向的一反向直流电压，其值为-V₁，并持续一第二预定时间(例如，约为0.5秒至5秒)后，并量得一第三电流值I_C。为了更清楚说明，请同时参考图2。图2为施加于第1图的生物感测器以及感测单元的电压与测量电流的示意图。在图2中，先对待测检体施加直流电压V₁，此时可以发现流经待测检体的电流值会慢慢地降低，且趋近于稳定值。因此在测量第一电流值I_A时，必须尽量在稳态(steady state)时间区间稍早前即取得。在图2中，在时间点T_A时测量电流值I_A，接着在时间点T_B的时候，测量电流值I_B。需注意的是，时间点T_B为前述施加的直流电压V₁转换为反向电压-V₁的时间点之前。在另一个实施例中，电流值I_B也可在电压转换后，也即，于反向电压-V₁时所测量(图中未示)。接着，在时间点T_C测量第三电流值I_C时，则尽量在转态(transition state)时间区间内取得。在第2图及本实施例中，施加电压是在第7秒的时候由该直流电压V₁改变为该反向电压-V₁，因此时间点T_C则例如是在第8秒的时候去测量电流值I_C。在本实施例中，时间点C越接近电压转变的时间点越好；换言之，当电压转换后马上去测量电流值I_C，对于之后的电流校正与血球容积比的校正能够有更好的效果。

在取得第一电流值I_A、第二电流值I_B与第三电流值I_C后，先将第一电流值I_A与第三电流值I_C相除取得比值R(R＝I_A/I_C)。接着，利用该比值R与血球容积比(HCT)作图，可得到如图3所示的一呈现反比关系的线性方程式HCT＝kR+h，其中k与h为参数。在其他的实施方式中，可先建立R值与血球容积比的一对照表，再利用查表的方式求得血球容积比的数值。

由于前述R值与HCT值呈线性关系，因此可通过测量所得的第一电流值I_A与第三电流值I_C的比值R(R＝I_A/I_C)来推测HCT值。再以此推测的HCT值40％为中心点，可以推估每增加1％HCT值，测量的电流值减少1.11％(如图4所示)。因此，我们可以先对第二电流值I_B进行补偿，补偿后的第二电流值I_B’如下：

I_B’＝I_B/(1+(HCT-40％)*1.11)

再将前述的血球容积比公式(HCT＝kR+h)带入，可得到下列式子

I_B’＝I_B/(1+((k*I_A/I_C+h)-40％)*1.11)

图5为未接受校正的第二电流值I_B与接收过校正的第二电流值I_B’的比较图。由图5可以发现，通过前述的血球容积比的回馈后，因为血球容积比造成的干扰(Bias)明显降低。

另一方面，因为前述多种方式测量的第一电流值、第二电流值、与第三电流值等所受到的血容积比影响程度各有不同，可依据不同的测量值评估不同的生物感测参数，如血糖值。请参考图6。图6为施加于一生物感测器以及感测单元的电压与测量电流的示意图。图6所使用的生物感测器的一实施例为图1所示的一生物感测器。在图6中，先对待测检体施加直流电压V₁，此时可以发现流经待测检体的电流值会慢慢地降低，且趋近于稳定值。因此在测量电流值I_A时，必须尽量在稳态(steady state)时间区间稍早前即取得。在图6中，在施加直流电压V₁后第3秒时测量电流值I_A，接着在一定时间后，测量电流值I_B。需注意的是，测量电流值I_B的时间点较佳在前述施加的直流电压V₁被转换为反向电压-V₁的时间点之前。在另一个实施例中，电流值I_B也可在电压转换后再进行测量，也即，于反向电压-V₁时所测量(图中未示)。在本实施例中，施加直流电压V₁后第7秒时测量电流值I_B。

接着，在另一预定时间后测量电流值I_C时。电流值I_C的测量应尽量在转态(transition state)时间区间内取得。在图6的实施例中，施加的电压是在第7秒的时候由该直流电压V₁改变为该反向电压-V₁，因此测量电流值I_C的时间点则可以选择在第8秒的时候去测量电流值I_C。在本实施例中，测量电流值I_C的时间点越接近电压转变的时间点越好。换言之，当电压转换后马上去测量电流值I_C，对于之后的电流校正与血球容积比的校正能够有更好的效果。

图7为电流值I_A与电流值I_C在不同血球容积比下的漂移率的示意图。图7的示意图是根据一80mg/dL的葡萄糖(或血糖)的检体的检测结果。从图7上可发现，当血球容积比越小时，电流值I_A与电流值I_C的漂移率越高。为了降低漂移率的影响，可利用前述的方式，先求得比值R(R＝I_A/I_C)。接着再对电流值I_B进行校正，降低因血球容积比造成的干扰，并根据该校正后的电流值I_B来估计一生物感测参数，如血糖值。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (13)

1.一种生物感测器，用以搭配一感测单元，该感测单元包括一第一电极、一第二电极以及一容纳一待测检体的反应腔体，其特征在于，该生物感测器耦接于一直流电压源且包括：

一控制单元；一转换器，耦接该直流电压源、该第一电极与该第二电极；该控制单元控制该转换器，使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一直流电压和一反向电压，该直流电压与该反向电压是反向的两个直流电压；以及

一运算放大器，用以感测并放大该待测检体的一电流，在施加该直流电压期间，该运算放大器测得一第一电流值，在施加该反向电压期间，该运算放大器测得一第三电流值，以根据该第一电流值和该第三电流值相除所得的比值估计该待测检体的一血球容积比。

2.如权利要求1所述的生物感测器，其特征在于，该直流电压源包括：

一第一端，初始耦接该第一电极；以及

一第二端，初始耦接该第二电极。

3.如权利要求2所述的生物感测器，其特征在于，该转换器使该第一电极耦接该第二端，该第二电极耦接该第一端，使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一对应该直流电压的该反向电压。

4.如权利要求1所述的生物感测器，其特征在于，所述的生物感测器用于感测一血糖值。

5.如权利要求1所述的生物感测器，其特征在于，还包括一模拟数字转换器，用以将该运算放大器的一输出信号转换为一数字信号。

6.一种生物感测方法，适用一感测单元以及一生物感测器，该感测单元容纳一待测检体且具有一第一电极以及一第二电极，其特征在于，该生物感测器与该感测单元连接且具有一转换器，该方法包括：

对该待测检体施加一直流电压；

在一第一预定时间后，量得一第一电流值；

通过该转换器使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一对应该直流电压的反向电压；以及

在一第二预定时间后，量得一第二电流值，并根据该第一电流值与该第二电流值相除所得的比值估计该待测检体的一血球容积比。

7.如权利要求6所述的生物感测方法，其特征在于，还包括：

根据该血球容积比对该第二电流值进行校正以估算该待测检体的一生物感测参数。

8.如权利要求6所述的生物感测方法，其特征在于，还包括：

在对该待测检体施加该反向电压前量得一第三电流值；

根据该血球容积比对该第三电流值进行校正；以及

根据校正后的该第三电流值估算该待测检体的一生物感测参数。

9.如权利要求6所述的生物感测方法，其特征在于，还包括：

在对该待测检体施加该反向电压时，同时量得一第三电流值；

根据该血球容积比对该第三电流值进行校正；以及

根据校正后的该第三电流值估算该待测检体的一生物感测参数。

10.如权利要求6所述的生物感测方法，其特征在于，还包括：

在量得该第二电流值之前量得一第三电流值；

根据该血球容积比对该第三电流值进行校正；以及

根据校正后的该第三电流值估算该待测检体的一生物感测参数。

11.一种生物感测方法，适用一感测单元以及一生物感测器，该感测单元具有一反应腔体、一反应试剂、一第一电极以及一第二电极，其特征在于，该生物感测器与该感测单元连接且具有一转换器，该方法包括：

汲取一待测检体进入该反应腔体，使该待测检体与该反应试剂进行反应；

在一恒稳定期时，对该待测检体施加一直流电压，并量得一第一电流值；

通过该转换器使该第一电极与该第二电极对该待测检体施加一对应该直流电压的反向电压；

在一转换期内，对该待测检体量得一第二电流值；

在该待测检体被施加该反向电压持续一预定时间后，对该待测检体量得一第三电流值；以及

根据该第一电流值与该第三电流值相除所得的比值估计该待测检体的一血球容积比。

12.如权利要求11所述的生物感测方法，其特征在于，还包括：

根据该血球容积比对该第二电流值进行校正；以及

根据该校正后的第二电流值估算该待测检体的一生物感测参数，根据该血球容积比对该第二电流值进行校正基于：I_B’＝I_B/(1+(HCT-40％)*1.11)，其中，I_B’为该校正后的第二电流值，I_B为该第二电流值，HCT为该血球容积比。

13.如权利要求12所述的生物感测方法，其特征在于，该生物感测参数为血糖值。