CN1515898A - 可提高测量可信度的生物芯片及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可提高测量可信度的生物芯片及其方法，本发明是在具有一电阻Rs的生物芯片上串接一电阻值相当于或约略大于Rs最大电阻值的电阻，以补偿每一生物芯片之间的电阻值差异，使生物芯片的杂讯比(N/S)值降低，以提高生物芯片的测量可信度。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物传感器；特别是一种具有可提高测量可信度生物芯片的生物传感器及其方法。
背景技术
近几年来，利用特定酵素催化反应的各种生物传感器已经被发展出来使用于医疗用途上。此种生物传感器的一种用途是用于糖尿病的治疗上，以帮助糖尿病患者控制本身的血糖含量(血液中葡萄糖浓度)在正常的范围内。对于住院糖尿病患者而言，其可在医生的监督下控制本身的血糖含量在正常范围内。但对于非住院糖尿病患者而言，在缺乏医生直接监督的情况下，病患本身能自我控制血糖含量则变得非常重要。
血糖含量的自我控制可由饮食、运动及用药来达成。这些治疗方式通常在医生的监督下同时采用。当糖尿病患者本身能够检测其血糖含量是否在正常范围时，可帮助患者更有效地自我控制其血糖含量。
图1显示一种可供患者自行检测血糖含量的血糖计，其包括一主测试单元10及一供测量血糖含量的生物芯片12。参考图2所示，为生物芯片12构件分解示意图，其包括前端设有一电极部1221的一条状基板122。电极部1221上方覆盖一反应层124、一隔件126及一盖板128。电极部1221设有一操作电极1222及一对应电极1224包围此操作电极1222。操作电极1222及对应电极1224分别电性连接至位于条状基板122尾端的一导线1226及导线1228。覆盖于电极部1221上方的反应层124含有铁氰化钾(potassium ferricyanide)及氧化酶(oxidase)，例如葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)。
在使用上述血糖计时，先将生物芯片12插入主测试单元10。然后，患者可以刺胳针扎刺自己的皮肤以渗出血滴，再将渗出的血滴直接滴在已插进主测试单元10的生物芯片12端部盖板128的一开口129中。此血滴经由隔件126的一通道127被吸入位于电极部1221上方的反应层124，而将反应层124溶解，以进行一酵素催化反应，如下列反应式所示：
一预定量的亚铁氰化钾(potassium ferrocyanide)相应血液样品中的葡萄糖浓度而产生。经过一段预定时间后血液样品中葡萄糖的酵素催化反应完成后，一作用电压Vref施予在生物芯片12的操作电极1222上，以电化学反应地氧化亚铁氰化钾，以释出电子，而产生一相应的反应电流通过操作电极1222。此反应电流正比于酵素催化反应产生的亚铁氰化钾浓度或正比于血液样品中的葡萄糖浓度。主测试单元10与生物芯片12条状基板122尾端的导线1226及1228电性连接，并经由导线1226及1228测得流经操作电极1222的此反应电流。由测量此一反应电流即可获得血液样品中的葡萄糖浓度。
图3为图1所示的血糖计的控制电路示意图，其中生物芯片12电极部1221的操作电极1222及对应电极1224可视做一电阻Rs，作用电压Vref可由一电池供应。生物芯片12产生的一反应电流I经由一具有放大电阻(amplification resistance)Rf的电流/电压转换器32转换成一输出电压Vout。此输出电压Vout可以公式(I)表示：
Vout＝(1+Rf/Rs)Vref (I)，
一微处理器(microcomputer)(未示出)经由一模拟数字转换器(未示出)处理此一输出电压Vout，以求得血液样品中的一葡萄糖浓度值，再经由一液晶显示器(未示出)将此葡萄糖浓度值显示出来，供患者参考。
然而，上述现有血糖计的生物芯片12在制造过程会产生生物芯片12之间电阻Rs的差异。一般而言，生物芯片12的电阻Rs在2K至4K之间，生物芯片12之间电阻Rs的差异，使得每一生物芯片12对于相同血液样品却测得不同的输出电压Vout，而得到不同的葡萄糖浓度值。因此，生物芯片12之间电阻Rs的差异，降低了生物芯片12的测量可信度(reliability)。
据此，亟待提供一种可提高测量可信度的生物芯片，其可克服现有生物芯片之间电阻值差异造成的缺失。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术的不足与缺陷，提供一种可提高测量可信度的生物芯片，其通过串接一电阻值相当或约略大于生物芯片本身最大电阻值的一电阻于生物芯片上，以补偿生物芯片之间的电阻值差异，进而提高生物芯片的测量可信度。
本发明的另一目的是提供一种可提高测量可信度的生物芯片，其可提高一受测检体中一特定成份浓度的测量准确度。
本发明的又一目的是提供一种可提高生物芯片测量可信度的方法，其利用增加生物芯片上一操作电极与其对应电极长度或宽度的方法，以串接一电阻于生物芯片上，从而降低每一生物芯片之间电阻值的差异，进而提高生物芯片的测量可信度。本发明方法简单，不需增加额外的制造步骤，可达到降低制造成本的目的。
根据以上所述的目的，本发明提供一种可提高测量可信度的生物芯片及其方法。本发明的生物芯片包括一基板、一反应层、一隔件及一盖板。基板具有一第一端部及一第二端部，第一端部具有相互隔开的一操作电极及一对应电极，以及一电阻串接于操作电极，以及第二端部具有一第一导线及一第二导线。基板第一端部的操作电极与对应电极形成有一最大电阻Rs，及串接于操作电极的此电阻的电阻值相当或约略大于此最大电阻Rs。操作电极及对应电极从基板的第一端部分别电性连接于第一导线及第二导线，及第一导线与第二导线电性连接于一生物传感器的一主测试单元，此主测试单元用于测量此生物芯片相应一受测检体中一特定成份于操作电极产生的一反应电流。反应层位于基板的第一端部上方以覆盖操作电极及对应电极，此反应层包含一氧化还原介体及一酵素，其中氧化还原介体与施予在生物芯片上的受测检体中此特定成份经酵素催化进行一氧化还原反应。隔件位于此反应层上方，此隔件设有一通道于相应反应层的一端部。盖板位于隔件上方，此盖板设有一开口于隔件的通道上方，以使受测检体经由此开口及通道进入反应层。
本发明通过串接一电阻值相当或约略大于生物芯片本身最大电阻值的电阻于生物芯片上，以补偿每一生物芯片之间电阻值的差异，以降低生物芯片的杂讯比(N/S)值，进而提高生物芯片的测量可信度(reliability)及受测检体中一特定成份浓度的测量准确度。
附图说明
图1为一现有的血糖机外观示意图；
图2为第一图所示的血糖机的一生物芯片构件分解示意图；
图3为第一图所示的血糖机的控制电路示意图；
图4为本发明生物传感器的部份控制电路示意图；
图5为根据本发明一第一较佳具体实施例的一生物芯片的基板透视图；
图6为根据本发明一第二较佳具体实施例的一生物芯片的基板透视图；
图7为根据本发明一第三较佳具体实施例的一生物芯片的基板透视图。
图中符号说明
10 主测试单元
12 生物芯片
122 条状基板
1221 电极部
124 反应层
126 隔件
127 通道
128 盖板
129 开口
1222 操作电极
1224 对应电极
1226、1228 导线
30 电流/电压转换器
40 电流/电压转换器
50 基板
51 第一端部
52 第二端部
511 操作电极
512 对应电极
521 第一导线
522 第二导线
60 基板
61 第一端部
62 第二端部
611 操作电极
612 对应电极
621 第一导线
622 第二导线
70 基板
71 第一端部
72 第二端部
711 操作电极
712 对应电极
721 第一导线
722 第二导线
具体实施方式
应用于本发明的生物传感器主要构件相同于图1所示的现有血糖计主要构件，皆包括一生物芯片及一主测试单元。使用本发明生物传感器时，先将生物芯片插入主测试单元中，接着将一受测检体施予在生物芯片上，再由主测试单元测量生物芯片相应受测检体中一特定成份产生的一反应电流。主测试单元再根据所测得的此反应电流以决定受测检体中此特定成份浓度。本发明的生物芯片包括一基板、一反应层、一隔件及一盖板。本发明生物芯片的基板具有一第一端部及一第二端部，其中第一端部具有相互隔开的一操作电极及一对应电极。本发明生物芯片相应受测检体中此特定成份产生的一反应电流流经操作电极，故此操作电极与对应电极可视做一电阻Rs。一般而言，每一生物芯片所具有的电阻Rs大小会有差异，此一电阻Rs在2K至4K之间。为补偿每一生物芯片之间电阻Rs的差异，本发明在生物芯片上串接一电阻值相当或约略大于生物芯片本身最大电阻的电阻R，例如串接一4K的电阻R，使每一生物芯片之间的电阻值差异变成6K至8K。如此一来，生物芯片可从原来杂讯比(N/S)为1K/3K降为1K/7K，进而提高每一生物芯片的测量可信度。
本发明生物芯片基板的第二端部具有一第一导线及一第二导线，第一端部的操作电极及对应电极从基板的第一端部分别电性连接于第二端部的第一导线及第二导线，以及第一导线与第二导线电性连接于生物传感器的主测试单元，从而使主测试单元测量此生物芯片相应受测检体中此特定成份于操作电极产生的反应电流。生物芯片的反应层位于基板的第一端部上方以覆盖操作电极及对应电极。此反应层包含一氧化还原介体(redox mediator)及一酵素，此氧化还原介体与施予在生物芯片上的受测检体中的此特定成份经酵素催化进行一氧化还原反应。本发明生物芯片测量的受测检体中的此特定成份视生物芯片反应层包含的酵素成份而定。例如，生物芯片反应层的氧化还原介体为铁氰化钾(potassium ferricyanide)及酵素成份为葡萄糖氧化酶(glucoseoxidase)时，此生物芯片即可用以测量一血液样品中的葡萄糖浓度。又，例如生物芯片反应层的氧化还原介体为铁氰化钾(potassiumferricyanide)及酵素成份为乳酸氧化酶(lactate oxidase)时，此生物芯片即可用以测量一唾液样品中的乳酸(lactic acid)浓度。
本发明生物芯片的隔件位于反应层上方，此隔件设有一通道于相应反应层的一端部。生物芯片的盖板位于隔件上方，此盖板设有一开口于隔件的通道上方，以使受测检体经由此开口及通道被吸入反应层，将此反应层溶解，以进行一酵素催化的氧化还原反应。
图4为本发明包括一生物芯片及一主测试单元的一生物传感器的部份控制电路示意图，其中生物芯片本身具有一电阻Rs，其中Rs为一范围值，及串接一电阻值相当或约略大于最大Rs电阻值的电阻R。当受测检体施予在生物芯片上，被吸入反应层，将反应层溶解后，经过一预定时间后，受测检体中的此特定成份与反应层的氧化还原介体(redox mediator)的酵素催化氧化还原反应完成，被还原的氧化还原介体即成为电子携带者，累积于生物芯片的第一端部区域。之后，一作用电压Vref，例如可由一电池供应，施予在生物芯片的第一端部的操作电极上，以使被还原的氧化还原介体释出电子，产生一反应电流I经过操作电极。此反应电流I再由生物传感器主测试单元的一具有一放大电阻Rf的电流/电压转换器40转换成一输出电压Vout。主测试单元再根据所测量到的输出电压Vout，以决定受测检体中的此特定成份浓度。如图4所示，本发明的生物芯片串接有一电阻值相当或约略大于生物芯片本身最大电阻值的电阻R，可补偿每一生物芯片之间的电阻值差异，从而降低每一生物芯片的杂讯比，进而提高每一生物芯片的测量可信度及测量准确度。
接下来，本发明可提高测量可信度的生物芯片，将由以下的较佳具体实施例配合所附图式，予以详细说明。
图5为根据本发明一第一较佳具体实施例的一生物芯片的呈长条状基板50的透视示意图。基板50的第一端部51具有一呈条状的操作电极511及一呈条状的对应电极512，及一电阻R串接于操作电极511。基板50的第二端部52具有一第一导线521及第二导线522。串接电阻R的操作电极511及对应电极512从基板50第一端部51纵向延伸，以分别电性连接于第二端部52的第一导线521及第二导线522。电阻R的电阻值相当或约略大于操作电极511与对应电极512形成的一电阻的最大电阻值。操作电极511及对应电极512可由相同的导电性材质形成，例如，钯(Pd)、铂(Pt)、金、银、石墨、钛及铜。操作电极511、对应电极512、第一导线521及第二导线522可以网印(screen printing)技术形成于基板50上。
图6为根据本发明一第二较佳具体实施例的一生物芯片的呈长条状基板60的透视示意图。基板60的第一端部61具有一宽度增加呈条状的操作电极611与一宽度增加呈条状的对应电极612，基板60的第二端部62具有一第一导线621与一第二导线622。操作电极611及对应电极612从第一端部61纵向延伸以分别电性连接于第二端部62的第一导线621及第二导线622。本发明的第二较佳具体实施例利用增加操作电极611及其对应电极612的宽度，以增加生物芯片本身的电阻值，即相当于在生物芯片上串接一电阻R，并且借助控制操作电极611与其对应电极612的宽度大小，以补偿每一生物芯片之间电阻值差异。操作电极611及对应电极612可大致上具有相同尺寸大小，及由相同的导电性材质形成，例如，钯(Pd)、铂(Pt)、金、银、石墨、钛及铜。操作电极611、对应电极612、第一导线621及第二导线622可以网印(screen printing)技术形成于基板60上。
图7为根据本发明一第三较佳具体实施例的一生物芯片的一呈长条状基板70的透视示意图。基板70的第一端部71具有一呈弯曲条状的操作电极711及一呈弯曲条状的对应电极712。基板70的第二端部72具有一第一导线721及第二导线722。操作电极711及对应电极712从第一端部71纵向延伸，以分别电性连接于第一导线721及第二导线722。本发明第三较佳具体实施例利用增加操作电极711与对应电极712的长度，例如在不增加基板71的纵向长度情况下，形成呈弯曲条状的操作电极711与对应电极712，以增加生物芯片本身的电阻值，即相当于在生物芯片上串接一电阻R，并且借助控制呈弯曲条状操作电极711与呈弯曲条状对应电极712的长度，以补偿每一生物芯片之间电阻值差异。操作电极711及对应电极712可大致上具有相同尺寸大小，及由相同的导电性材质形成，例如，钯(Pd)、铂(Pt)、金、银、石墨、钛及铜。操作电极711、对应电极712、第一导线721及第二导线722可以网印(screen printing)技术形成于基板70上。
根据上述较佳具体实施例，本发明提高生物芯片测量可信度的方法为制造方法简单，不会增加额外复杂的制造步骤，可达到降低制造成本的目的。
以上所述仅为本发明的具体实施例，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。
Claims (11)
1.一种可提高测量可信度的生物芯片，其特征在于，包括：
一基板，具有一第一端部及一第二端部，该第一端部具有相互隔开的一操作电极及一对应电极，以及一电阻串接于该操作电极，以及该第二端部具有一第一导线及一第二导线；其中该操作电极与该对应电极形成有一最大电阻Rs，及串接于该操作电极的该电阻的电阻值相当于该最大电阻Rs，该操作电极及该对应电极从该基板的该第一端部分别电性连接于该第一导线及该第二导线，及该第一导线与该第二导线电性连接于一生物传感器的一主测试单元，该主测试单元用于测量该生物芯片相应一受测检体中一特定成份于该操作电极产生的一反应电流；
一反应层，位于该基板的该第一端部上方以覆盖该操作电极及该对应电极，该反应层包含一氧化还原介体及一酵素，其中该氧化还原介体与施予在该生物芯片上的该受测检体中该特定成份经该酵素催化进行一氧化还原反应；
一隔件，位于该反应层上方，该隔件设有一通道于相应该反应层的一端部；及
一盖板，位于该隔件上方，该盖板设有一开口于该隔件的该通道上方，以使该受测检体经由该开口及该通道进入该反应层。
2.如权利要求1所述的可提高测量可信度的生物芯片，其特征在于，上述的生物芯片所测量的该受测检体中该特定成份视该反应层中该酵素成份而定。
3.一种可提高测量可信度的生物芯片，其特征在于，包括：
一基板，具有一第一端部及一第二端部，该第一端部具有相互隔开呈弯曲条状的一操作电极及呈弯曲条状的一对应电极，以及该第二端部具有一第一导线及一第二导线；其中该操作电极及该对应电极从该基板的该第一端部分别电性连接于该第一导线及该第二导线，及该第一导线与该第二导线电性连接于一生物传感器的一主测试单元，该主测试单元用于测量该生物芯片相应一受测检体中一特定成份于该操作电极产生的一反应电流；
一反应层，位于该基板的该第一端部上方以覆盖该操作电极及该对应电极，该反应层包含一氧化还原介体及一酵素，其中该氧化还原介体与施予在该生物芯片上的该受测检体中该特定成份经该酵素催化进行一氧化还原反应；
一隔件，位于该反应层上方，该隔件设有一通道于相应该反应层的一端部；及
一盖板，位于该隔件上方，该盖板设有一开口于该隔件的该通道上方，以使该受测检体经由该开口及该通道进入该反应层。
4.如权利要求3所述的可提高测量可信度的生物芯片，其特征在于，上述的生物芯片所测量的该受测检体中该特定成份视该反应层中该酵素成份而定。
5.一种可提高测量可信度的芯片基板，其特征在于，包括：
一基板主体，包含一第一端部及一第二端部，该第一端部具有相互隔开的一操作电极及一对应电极，以及一电阻串接于该操作电极，以及该第二端部具有一第一导线及一第二导线；其中该操作电极与该对应电极形成有一最大电阻Rs，及串接于该操作电极的该电阻的电阻值相当于该最大电阻Rs，该操作电极及该对应电极从该基板主体的该第一媏部分别电性连接于该第一导线及该第二导线。
6.一种可提高测量可信度的芯片基板，其特征在于，包括：
一基板主体，包含一第一端部及一第二端部，该第一端部具有相互隔开呈弯曲条状的一操作电极及呈弯曲条状的一对应电极，以及该第二端部具有一第一导线及一第二导线，其中该操作电极及该对应电极从该基板的该第一端部分别电性连接于该第一导线及该第二导线。
7.一种可提高生物芯片测量可信度的方法，其特征在于，包括：
提供一生物芯片，该生物芯片包括具有一第一端部及一第二端部的一基板，该第一端部具有互相隔开的一条状操作电极及一条状对应电极，该条状操作电极与该条状对应电极形成一最大电阻Rs，及该第二端部具有一第一导线及一第二导线，该条状操作电极与该条状对应电极从该基板的该第一端部分别电性连接于该第一导线及该第二导线，该第一导线及该第二导线电性连接于一生物传感器的一主测试单元，以使该主测试单元用以测量该生物芯片相应一受测检体中一特定成份于该条状操作电极产生的一反应电流；及
将一电阻串接于该条状操作电极与该条状对应电极所形成的该最大电阻Rs，其中该电阻的电阻值相当于该最大电阻Rs。
8.如权利要求7所述的可提高生物芯片测量可信度的方法，其特征在于，是利用增加该条状电极与该条状对应电极纵向长度的方法，以将该电阻串接于该最大电阻Rs。
9.如权利要求8所述的可提高生物芯片测量可信度的方法，其特征在于，上述增加该条状电极与该条状对应电极纵向长度的方法将该条状操作电极与该条状对应电极改成弯曲条状。
10.如权利要求7所述的可提高生物芯片测量可信度的方法，其特征在于，是利用增加该条状操作电极与该条状对应电极的宽度，以将该电阻串接于该最大电阻Rs。
11.如权利要求7所述的可提高生物芯片测量可信度的方法，其特征在于，是将该电阻串接于该条状操作电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: YUDONG TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: LIJIE COMPUTER CO., LTD. Effective date: 20060825 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20060825 Address after: Taiwan City, Taipei Patentee after: Transpacific IP Pte Ltd. Address before: No. two, No. 1-1, R & D Park, Hsinchu Science Park, Taiwan Patentee before: Lijie Computer Co., Ltd. |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: YUXI SCIENCE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: YUDONG TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20090814 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090814 Address after: Delaware Patentee after: Transpacific IP Pte Ltd. Address before: Taiwan City, Taipei Patentee before: Transpacific IP Pte Ltd. |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060517 Termination date: 20110108 |