CN107917942A - 一种电极系统及含有该电极系统的试条和仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极系统，其包括至少两个电极，所述电极之一为工作电极，另一电极为参比电极。所述工作电极为片状结构，所述参比电极为围绕工作电极而布置的非封闭环结构；优选地，所述片状结构为规则或不规则的圆形或多边形；所述非封闭环结构为规则或不规则的圆环或多边形环。

Description

一种电极系统及含有该电极系统的试条和仪器

技术领域

本发明涉及一种电极，尤其是一种用于检测血液凝结时间的电极。

背景技术

电化学传感器已广泛用于各种临床参数的检测如血糖、凝血、血气和血液电解质等，尤其适合血液凝结时间的检测。通过使用电化学法对凝血过程中凝血酶的释放进行测量来确定凝血酶原时间(PT)和国际标准化比值INR。这个检测过程分为两个过程，第一个过程是血液样品与试剂接触，试剂里的促凝血酶原激酶促使血液发生凝血反应而产生凝血酶，凝血酶与试剂中的底物反应产生可氧化物质。第二个过程是分析仪在工作电极和参比电极之间施加一个直流电压，使可氧化物质被氧化而产生电流，通过对氧化电流曲线的分析而算出血液凝结时间。

中国实用新专利CN102818822A公开了一种通过测量凝血过程中产生的血液电阻抗变化来测量血液凝结时间的装置，这种装置包括一对或多对电极，电极材料包括但不限定于碳、金、银、铜、碳、银、钯、铂、镍、其它类似的材料或上述材料的任意组合，其作用为连通血液与检测仪器之间的电路连接。用于检测凝血酶原时间的电极是一对平行布置的电极，这种电极安排也常见于电化学传感器。由于没有任何部件框定反应试剂，这种设计有一个缺点，即试剂点样的重复性不理想，因而影响测量精度。

中国专利CN2788184Y公开了一种生物检测试条，其涉及检测全血中血酮体浓度或葡萄糖浓度的一种生物检测试条，其包括：载有电极的基板,设置有反应试剂的反应区空间，亲水盖板，所述基板与亲水盖板之间的间隔层；其中，所述电极包括条状的工作电极和条状的参比电极；所述间隔层上具有一边开口的沟槽；所述反应区空间由具有沟槽的所述间隔层与所述基板、亲水盖板限定形成，并具有进样孔和排气孔。所述的排气孔位于所述亲水盖板上。该生物检测试条的结构为现有相关检测试条的常用方式。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种电极。

本发明所提供的电极尤其适用于凝血酶原的检测。其重现性好、生产工艺简单。

发明通过以下技术方案实现：

发明提供了一种电极系统，其包括两个或以上的电极，所述电极之一为工作电极，另一电极为参比电极；所述工作电极为片状结构，所述参比电极含有围绕工作电极而布置的非封闭环结构；优选地，所述片状结构为规则或不规则的圆形或多边形；所述非封闭环结构为规则或不规则的圆环或多边形环。

所述非封闭环状结构是具有一个开口的非封闭环结构；优选地，为具有一个开口的圆环状形状。

作为一种实施方式，所述工作电极为圆形或近似圆形的片状结构，所述参比电极为与工作电极同心布置的非封闭环状结构。

所述非封闭环状结构是指参比电极以圆环状(或近似圆环状)的路线布置，并且其一端与另一端不相接，从而限定出具有一个开口的圆环状形状。

所述开口的大小根据采用的电极制作技术而定，如果采用高精密技术如化学腐蚀法或激光切割法，开口宽度可以小至0.1mm；如果采用低精密技术如丝印法，开口宽度需要大一些，一般在1mm以上。开口越小越好，其作用主要是让连接位于其中的工作电极的导线通过。所述开口的大小根据采用的电极制作技术而定，如果采用高精密技术如化学腐蚀法或激光切割法，开口可以小至0.1mm；如果采用低精密技术如丝印法，开口需要大一些，一般在1mm以上。

所述的圆环的内直径为1mm–10mm，外径为2mm–12mm；所述圆形工作电极的直径为0.5mm–9mm。

优选地，所述的圆形工作电极和非封闭环状结构参比电极均具有一定的厚度，厚度分别为0.01mm–0.1mm和0.05–0.5mm。厚度是指突出于基板的水平高度。

所述工作电极的材料选自惰性金属或碳；参比电极的材料选自银/氯化银；更优选地，所述工作电极的材料选自金、铂、铑和碳；更优选地，所述工作电极的材料选自碳。

Ag/AgCl电极材料是指银和氯化银的混合物，比例一般在10％/90％至50％/50％之间。

采用片状的工作电极及非封闭环的参比电极配合而成的电极对的好处在于：在没有增加额外部件的情况下，利用非封闭环的参比电极作为反应试剂的限定部件，以提高试剂点样的重复性，从而提高测试精度。另外，这种电极结构可以将反应试剂直接点在工作电极上，以增加电化学反应的效率。

所述反应试剂主要由促凝血酶原激酶，凝血酶底物，成膜剂及防腐剂等组成。所述的各种成分首先均溶解在缓冲液中而形成试剂混合液，然后通过适当的点样方法如接触式或喷射式将试剂混合液点样到非封闭环状结构的内径之内，此时电极表面及其周围的基板表面将附有试剂，最后将试剂烘干固化而在工作电极上及其周围形成一层干试剂膜。

由于非封闭环参比电极的厚度及疏水性，所述试剂混合液在点样时不会溢出而被限制在所述参比电极的内径之内，并在干燥之后能够形成均匀的膜，以增强测试试条的反应重复性。

配合上述的非封闭环结构及圆形结构设置的电极，发明分别采用了碳或惰性金属作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极；尤其优选地是采用碳作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极。这两种材料都可以通过丝印法印制到基材上。由于丝印技术非常简单，根据本发明制作的电极系统可以做到低成本。

本发明同时提供了含有上述电极的基板、或进一步组装而成的检测试条。

所述的基板为绝缘材料。

优选地，所述基板上还设有分别连接工作电极和参比电极的两根导电线；更优选地，所述的两根导电线分别连接两个导电接触板；

更优选地，所述的参比电极还设有位于所述非封闭环结构任意位置上的突出，所述突出用以连接导电线。

检测试条含有负载有所述电极的绝缘基板，于绝缘基板上位于参比电极的非封闭环结构内负载有化学试剂；优选地，所述化学试剂是由液态试剂经点样、干燥后形成。

所述的试条的检测对象为液体样本；更优选地，所述的液体样本为血样。

作为一种可选的实施方式，所述的试条还含有位于基板之上的，通道板，以及位于通道板之上的盖板；所述通道板具有一个位于所述非封闭环结构之上的，并且面积大于所述非封闭环结构的通道板镂空结构；所述的通道板镂空结构限定出的位于所述基板上的空间为反应区。

或者，作为另一种可选的实施方式，所述的试条还含有位于基板之上的垫高片、位于垫高片之上的通道板，以及位于通道板之上的盖板；所述垫高片具有一个位于所述非封闭环结构之上的，并且面积大于所述非封闭环结构的垫高片镂空结构；所述通道板具有在位置上对应于垫高片镂空结构的通道板镂空结构；所述垫高片镂空结构限定出的位于所述基板上的空间为反应区。

反应区即为血样最终进入并与该区域进行反应(例如凝血反应)的区域。

本发明的试条除了上述的电极系统，该试条所含有的盖板、通道板、基板等的结构可以是采用现有技术，如CN2788184Y所公开的除了电极系统之外的结构。或者，这些部分也可以是经过改进的结构。

作为一种改进结构的实施例，本发明的盖板和通道板的结构可以是如下方案。

试条的盖板上一端设有进样孔，另一端设有出气口；所述通道板设有进样腔、液体流通通道和流通孔，其中，当所述盖板叠装于所述通道板之上时，所述进样腔位于所述进样孔的下方，并通过所述液体流通通道连接所述流通孔，其特征在于，所述通道板的所述流通孔还连接有延伸管道，其延伸方向为相对于所述进样腔和所述液体流通管道的另外一侧，当所述盖板叠装于通道板之上时，所述通道板通过出气口限定出一个与外界相通的透气口，所述透气口位于所述延伸管道的任意一点上，或者所述透气口至少部分与所述延伸管道接触；

优选地，所述出气口的孔径为0.1mm-5mm；优选地，所述延伸管道的横截面积与所述液体流通通道的横截面积之比为1:1–1:10；

优选地，所述延伸管道的长度与所述液体流通通道的长度之比为1:1–1:10；

优选地，所述液体流通通道的管壁至少部分为亲水材料，并且所述亲水材料部位贯穿液体连通通道的两端；

优选地，所述延伸管道的管壁至少部分为疏水材料；优选地靠近出气口部分为疏水材料，而靠近流通孔部分为亲水材料，亲水材料部分的长度最好有1-2mm。

优选地，所述进样腔、所述液体流通通道、所述流通孔、所述延伸管道与所述透气口均位于同一直线上；

优选地，所述透气口距所述末端的距离为1mm–10mm；优选地，所述透气口的面积与所述进样孔的面积比为1:1–1:100。

本发明同时提供了含有上述检测试条的检测仪器。

本发明含有上述电极的检测试条/仪器，尤其是用于检测血液样本的试条/仪器；尤其是用于检测凝血酶原时间的试条/仪器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用特殊结构的电极系统，利用参比电极的厚度和疏水性，使其不仅参与电化学反应，而且还作为反应试剂的限定部件，使得反应试剂在被点样到工作电极上之后能形成均匀的干试剂膜，从而提高测试试条反应信号的重复性。

2.由于反应试剂能被均匀地固化在工作电极的表面上，当血液样品流入反应区后和干试剂膜中的试剂发生反应，产生的可氧化物质可快速且均匀地流到工作电极的表面上而被氧化，因而使得氧化反应效率更高且重复性好。

3.发明所采用的电极材料成本低，且可通过丝印工艺印制到基材上，所以，本发明的测试试条生产成本低，可以大大降低诊断、医疗成本负担。

附图说明

图1：本发明带有圆形电极的基板。

图2：本发明带有方形电极的基板。

图3：实施例1基板试剂点样并干燥后的示意图。

图4：本发明一个典型的测试试条的模拟爆炸图。

图5：本发明一个测试试条的爆炸示意图。

图6：本发明另一个测试试条的爆炸示意图(含垫高片)。

图7：凝血酶原时间测试反应曲线；7a显示的是用本发明的电极系统测得的反应电流曲线，图7b显示的是用现有电极系统(平行设置的电极系统)测得的反应电流曲线。

图8：现有技术(CN2788184Y)的检测试条结构。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

如图1所示，电极负载于绝缘基板3。所用基板3可以是任何绝缘材料，比如塑料PET，ABS，PC等。因为两个电极所用材料不同，可以分两次印刷到基板上，印制顺序无关紧要，只需将先印制的烘干再印制第二个电极。

工作电极321为圆形片状结构，材料选自碳；参比电极322为具有一个开口的圆环状形状，材料选自银/氯化银；工作电极321通过导电线323连接至第一导电接触板325，导电线323通过参比电极322的开口布线；圆环状形状的参比电极322(圆环圆周上任意位置也可以设有一个小突出以更方便导电线的连接，当然如果不设有小突出也是可以的)通过导电线324连接至第二导电接触板326。导电接触板用以将试条和分析仪中的电流检测线路连接起来。工作电极上产生的氧化电流通过导电线323流到导电接触板325，然后流入分析仪中的电流检测电路，电流回路通过导电接触板326，导电线324和参比电极322完成。

产品参数：

开口宽度：1mm

圆环内径为2mm，外径为3mm；

圆形工作电极的直径为2mm。

圆形工作电极和非封闭环状结构参比电极均具有一定的厚度，厚度分别为0.01mm和0.05mm。

实施例2

图2展示的实施例2和上述实施例1的唯一区别是电极形状由圆形变成方形，两者的制作工艺和工作原理没有区别。在印制电极时，把印刷模板上的圆形结构变成方形即可。

工作电极321为方形片状结构，材料选自碳；参比电极322为具有一个开口的方形形状，材料选自银/氯化银；工作电极321通过导电线323连接至第一导电接触板325，导电线323通过参比电极322的开口布线；方形的参比电极322(方形上任意位置可以设有一个小突出以更方便导电线的连接，当然如果不设有小突出也是可以的)通过导电线324连接至第二导电接触板326。导电接触板用以将试条和分析仪中的电流检测线路连接起来。工作电极上产生的氧化电流通过导电线323流到导电接触板325，然后流入分析仪中的电流检测电路，电流回路通过导电接触板326，导电线324和参比电极322完成。

上述两个实施例只是用于说明本发明的两个特例而已，其它形状的电极也是本发明的保护范围，比如三角形，椭圆形，梯形等。但所述的实施例1所展示的圆形电极是优选的，因为圆形结构更适合于反应试剂的点样，固化后的干试剂膜更均匀。

实施例3

图3显示了在实施例1的基础上点样试剂并干燥后的干试剂膜。试剂混合液通常被点在工作电极的中心处，由于其流动特性，试剂混合液将从中心处自动流向四周，直至参比电极322的内周边沿而停止流动。经过自然风干和烘干之后，在工作电极表面及周围形成一层干试剂膜327。

当血液样品被加到反应区后，凝血反应将在干试剂膜327表面上发生，因此而生成的可氧化物质可以通过干试剂膜上的微孔通道快速地流到工作电极(在该图中被掩盖于干试剂膜327之下，未示出)表面上而被氧化而产生氧化电流。

实施例4

图4显示了含有本发明电极的检测试条的爆炸图。

即用于液体样本检测试条的结构。液体样本检测试条的构成元件包括盖板1、通道板2和基板3。

基板3即如实施例1的绝缘基板，其上负载了如实施例1的电极。

盖板1是具有进样孔11的面板，进样孔用以采集血样，例如，在进行针刺采血的操作中，受试者手指接收针刺并挤压出适量血量之后，将出血位置至于进样口处，随之血样即流入下一个板及通道板的进样腔，并且随其中通道到达流通孔。流通孔连通下一个板即绝缘基板的电极所处的位置。从而在电极对所限定出的反应区域内进行凝血反应并使得所产生的可氧化物质被氧化而产生电流信号而得以检测。

实施例5

图5将本发明的含有优选的盖板结构的试条以线条图的形式进一步显示。

其中，进样孔11设于盖板1的左端，出气口12设于盖板1的右端。通道板2设有进样腔21、作为液体流通通道22的沟槽和流通孔23。沟槽是镂空的，当通道板的上下表面分别叠装了盖板1和基板3时，由它们共同限定出来的空间形成了流通管道，管道的一侧壁为盖板下表面，另一侧壁为基板3上表面。其中，进样腔21设于通道板2的左端，且当盖板1叠装于通道板2之上时，进样腔21位于盖板1中的进样孔11的正下方。

另外，进样腔21和流通孔23通过液体流通通道22连接，使得液体能够经液体流通通道22从进样腔21流入流通孔23中。流通孔23相对于进样腔21的远端延伸有液体流通通道22的延伸管道24。盖板1上的出气口12位于延伸管道24的末端的正上方，与通道板2限定的透气口位于延伸管道24的末端，使得延伸管道24通过由出气口12限定出的透气口与外界连通。

在本实施方案中，液体流通通道22为一上下镂空之通道，具体地，是通道板2的上下表面分别叠装了盖板1和基板3时，由它们共同限定出来的空间形成的管道。

基板3上载有反应区域31，反应区域中即容纳了本发明的电极(该图中未详细示出，详见实施例1-3的电极)。反应区域31位于通道板2的流通孔23的正下方。

部件如上述所设的盖板1、通道板2和基板3通过活动式叠装的方式，由下至上依次叠装，形成液体样本检测试条。

为引导液体样品更迅速地流入反应区域31实现反应，在优选的实施方案中，所述反应区域31包含亲水材料，或所述反应区域31至少部分地由亲水材料制作而成。

而在更为优选的实施方案中，所述液体流通通道22所具有的四个管壁(如镂空沟槽本身的两个侧壁与盖板1、基板3与所述镂空沟槽限定之部分，或者是非镂空沟槽本身三个管壁与盖板1与所述非镂空沟槽限定之部分)至少有一个管壁是由亲水材料制作而成的；当然另一种可替代的实施方式，至少所述液体流通管道至少部分地包含亲水材料，或者部分地由亲水材料制作而成；当所述四个管壁全部由亲水材料制成时上述效果更佳。

而为了防止液体样本从所述延伸管道24流出所述出气口12，影响反应的质量，在优选的实施方案中，所述延伸管道24包含有疏水材料，或者至少部分地由疏水材料制成；靠近出气口部分为疏水材料，而靠近流通孔部分为亲水材料。

使用时，在进样孔11点入待测液体样本，液体样本从进样孔11流入进样腔21，在盖板1亲水材料的作用下，液体样本经液体流通通道22流进反应区域31，在此过程中，由于延伸管道24末端的透气口通过盖板1上的出气口12与外界连通，使得液体能够在液体流通通道22中往前流动。当待测液体样本充满反应区域31后，将接着往前流动进入延伸管道24，直至延伸管道中的疏水部分或出气口12而被其疏水作用阻止流动。如果液体样品的粘度较大，液体样品有可能在未到达疏水部分或出气口12之前就停止流动，因为此时由盖板1的亲水作用产生的拉力和液体样品的流动阻力达到平衡。将液体样本检测试条插入检测仪器中，使得电极通电。此时，液体样本、反应试剂在通电的电极中进行反应。

当待测液体样本流入反应区后，凝血反应将在干试剂膜表面上发生，由此而生成的可氧化物质可以通过干试剂膜上的微孔通道快速地流到工作电极表面上而被氧化而产生氧化电流。

实施例6

采用实施例4的检测试条进行凝血酶原时间检测实施例。所述试条需与一分析仪结合使用，分析仪的功能包括：1)在工作电极和参比电极之间施加一直流电压；2)检测两个电极之间的电流；3)记录所测得电流随时间变化的曲线；4)分析电流-时间曲线计算出凝血酶原时间。可采用市售凝血酶原时间检测装置所配置的分析仪。

图7a显示的是一组用本发明的电极系统测得的反应电流曲线，图7b显示的是用现有电极系统(平行设置的电极系统)测得的反应电流曲线。对比所述两组曲线，本发明的电极系统在重复性方面明显优于现有电极系统，本发明的电极系统的CV为5％，而现有系统的CV为20％。并且该优化是在降低了设备生产成本(采用碳作为电极材料即可，成本低廉)的情况下产生的。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种电极系统，其包括两个或以上的电极，所述电极之一为工作电极，电极之二为参比电极；所述工作电极为片状结构，所述参比电极含有围绕工作电极而布置的非封闭环结构；优选地，所述片状结构为规则或不规则的圆形或多边形；所述非封闭环结构为规则或不规则的圆环或多边形环。

2.如权利要求1所述的电极系统，所述非封闭环状结构是具有一个或以上的开口的非封闭环结构；

优选具有一个开口；

优选地，为具有一个开口的圆环状形状。

3.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于，所述工作电极的材料选自惰性金属或碳；参比电极的材料选自银/氯化银；更优选地，所述工作电极的材料选自金、铂、铑和碳；更优选地，所述工作电极的材料选自碳。

4.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于所述圆环参比电极的内直径为1mm–10mm，外直径为2mm–12mm；所述圆形工作电极的直径为0.5mm–9mm。

5.如权利要求1所述的电极系统，其特征在于所述的工作电极的厚度为0.01mm–0.1mm，参比电极的厚度为0.05–0.5mm。

6.一种含有如权利要求1-5任一所述电极系统的基板，其特征在于，所述电极负载于基板上，所述基板为绝缘材料；

优选地，所述基板上还设有分别连接工作电极和参比电极的两根导电线；更优选地，所述的两根导电线分别连接两个导电接触板；

更优选地，所述的参比电极还设有位于所述非封闭环结构任意位置上的突出，所述突出用以连接导电线。

7.一种含有如权利要求1-5任一所述电极系统的检测试条，其特征在于，检测试条为表面负载有所述电极的绝缘基板；优选地，所述工作电极表面、和/或所述参比电极内径以内的基板表面负载有化学试剂；优选地，所述化学试剂是由液态试剂经点样、干燥后形成。

8.如权利要求7所述的检测试条，其特征在于所述的试条的检测对象为液体样本；更优选地，所述的液体样本为血样。

9.如权利要求8所述的检测试条，优选地，所述的试条还含有位于基板之上的通道板，以及位于通道板之上的盖板；所述通道板具有一个位于所述非封闭环结构之上的，并且面积大于所述非封闭环结构的通道板镂空结构；所述的通道板镂空结构限定出的位于所述基板上的空间为反应区；

或者，所述的试条还含有位于基板之上的垫高片、位于垫高片之上的通道板，

以及位于通道板之上的盖板；所述垫高片具有一个位于所述非封闭环结构之上的，并且面积大于所述非封闭环结构的垫高片镂空结构；所述通道板具有在位置上对应于垫高片镂空结构的通道板镂空结构；所述垫高片镂空结构限定出的位于所述基板上的空间为反应区；

优选地，所述的检测试条为凝血检测试条。

10.如权利要求9所述的试条，其特征在于所述的盖板上一端设有进样孔，另一端设有出气口；所述通道板设有进样腔、液体流通通道和流通孔，其中，当所述盖板叠装于所述通道板之上时，所述进样腔位于所述进样孔的下方，并通过所述液体流通通道连接所述流通孔，其特征在于，所述通道板的所述流通孔还连接有延伸管道，其延伸方向为相对于所述进样腔和所述液体流通管道的另外一侧，当所述盖板叠装于通道板之上时，所述通道板通过出气口限定出一个与外界相通的透气口，所述透气口位于所述延伸管道的任意一点上，或者所述透气口至少部分与所述延伸管道接触；

优选地，所述出气口的孔径为0.1mm-5mm；优选地，所述延伸管道的横截面积与所述液体流通通道的横截面积之比为1:1–1:10；

优选地，所述延伸管道的长度与所述液体流通通道的长度之比为1:1–1:10；

优选地，所述液体流通通道的管壁至少部分为亲水材料，并且所述亲水材料部位贯穿液体连通通道的两端；

优选地，所述延伸管道的管壁至少部分为疏水材料；优选地靠近出气口部分为疏水材料，而靠近流通孔部分为亲水材料；优选地，亲水材料部分的长度为1-2mm。

优选地，所述进样腔、所述液体流通通道、所述流通孔、所述延伸管道与所述透气口均位于同一直线上；

优选地，所述透气口距所述末端的距离为1mm–10mm；优选地，所述透气口的面积与所述进样孔的面积比为1:1–1:100。

11.一种含有如权利要求10所述检测试条的检测仪器；优选地，所述的仪器为凝血酶原时间检测仪器。