CN1904600A - 生物感测器测试片的多段式检测方法 - Google Patents

Abstract

一种生物感测器测试片的多段式检测方法，是可提升生物感测器的操作与量测的方便性、简易性与准确性。尤其是针对一些微量体积的液体样品，透过此装置的设计与固定化酵素附着剂的特性，可快速地将所要测试分析的样品牵引吸入其生化反应区内，进行一连串的生化反应；而多段式检测与逻辑判读的电子回路设计方法，更进一步地增加此生物感测器的精确度与准确度。

Description

生物感测器测试片的多段式检测方法

技术领域

本发明是关于一种生物感测器测试片的检测方法，特别是关于一种生物感测器测试片的多段式检测方法。本发明是一生物感测器可促使操作与量测的方便性、简易性、精确度与准确性。

背景技术

生物感测器是由一生化辨识元件和电子信号转换器所组成，当待测样品为辨识元件所确认后，一化学信号经电子信号转换器转换成电子物理信号，再经一连串逻辑运算分析，将定量化的数字信号换算成待测样品的浓度直接输出。

现今商业化的电化学生物感测器大都是以安培式生物感测器(amperometric biosensor)为主，通过由控制工作电极与参考电极的电位而得到待测样品的电化学反应电流。此些安培式生物感测器装置的发展已经应用在血中葡萄糖、胆固醇与其他药物的检测上。

一般此类安培式生物感测器主要由一绝缘基板、一对薄膜电极、一绝缘层与一酵素生化反应区所组成。二极式的薄膜电极测试片是指一工作电极与一辅助电极，当待测样品被均匀地牵引进入生化反应区内，待测样品与酵素进行反应，待测样品被氧化后所产生的电子经酵素转移到电子传递介质，接着一控制的适当稳定电压作用于两电极间，起始第二次的氧化还原反应，此稳定电压必须足够驱动工作电极表面上一扩散性所限制的电子氧化作用，但不至于引起逆向的化学反应，经稳定电压作用于工作电极一段时间后，检测其所产生的电流(其电流称为Cottrellcurrent)，此电化学式氧化还原所产生的电流正比于待测样品的浓度，其方程式为：

$i=\mathrm{nFA}{c}_0\sqrt{\frac{D}{\mathrm{\πt}}}$

n＝转移电子数

F＝法拉第常数Faraday’s constant

A＝测试电极面积

C。＝分析物浓度

D＝扩散是数

T＝时间

发明内容

本发明所欲解决的技术问题

生物感测器应用于例如血液样品的感测时，传统的分析法，血液样品需做先前处理，直接以全血检测将会更方便与省时。再者，血液样品的粘度与体积也会影响检测结果，对一些年纪大的患者而言，指尖全血可能非常微量，所以容易产生进血不够均匀与进血量不足，造成人为测试的误差。另一方面，检测前后测试片生化反应区内的潮解也会造成读值的偏差，因此有必要发展检测微量样品、简易的侦错技术以避免检测结果偏差的装置。

因此，本发明的主要目的即是提供一种生物感测器测试片的检测方法，以提升生物感测器的操作与量测的方便性、简易性与准确性。

本发明的另一目的是提供一种多段式的生物感测器测试片检测方法，以期增加此生物感测器在进行待测样本测试时的精确度与准确度。

本发明解决问题的技术手段

本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段是在生物感测器在检测到一生化感测器测试片插置入生物感测器时，即启动该生物感测器供应一测试电压至该生物感测器测试片，接着在测试电压作用于该生化感测器测试片一段时间下，在选定的第一测试点及第二测试点时，进行该生物感测器测试片的漏电流测试。当判断出生化感测试片正常时，则生物感测器进入待机状态。当待测分析液体样品滴入该生化感测器测试片的滴入口时，该生物感测器进行临界值检测程序，接着生物感测器停止供应测试电压至该生物感测器测试片，并使待测分析液体样品与生化感测器测试片在生化反应区进行一段时间的生化反应。

依据该生化感测器测试片在生化反应区所进行的生化反应，电子传递到导电介质，并由该生物感测器量化分析液体样品中生物分子的浓度。

一种生物感测器测试片的多段式检测方法，该生物感测器测试片具有一生化反应区，当该生物感测器测试片插置连接于一生物感测器时，一待测样品在该生化反应区进行反应的信号可送至该生物感测器中，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)检测生化感测器测试片是否插置入生物感测器；

(b)当检测生化感测器测试片正确地插置入生物感测器时，启始该生物感测器的电源，并供应一测试电压至该生物感测器测试片；

(c)在测试电压作用于该生化感测器测试片一段时间下，在选定的第一测试点时进行该生物感测器测试片的漏电流测试；

(d)当判断出生化感测试片正常时，则生物感测器进入待机状态；

(e)当待测分析液体样品滴入该生化感测器测试片的滴入口时，该生物感测器进行临界值检测程序；

(f)通过临界值检测程序之后，生物感测器停止供应测试电压至该生物感测器测试片，并使待测分析液体样品与生化感测器测试片在生化反应区进行一段时间的生化反应：

(g)依据该生化感测器测试片在生化反应区所进行的生化反应，电子传递到导电介质；

(h)接着电压供应单元会再一次供应测试电压至该生物感测器测试片，以量化分析液体样品中生物分子的浓度，并显示此生物分子的浓度。

本发明对照现有技术的功效

经由本发明所采用的技术手段，可以有效提升生物感测器的操作与量测的方便性、简易性与准确性。尤其是针对一些微量体积的液体样品，透过此装置的设计与固定化酵素附着剂的特性，可快速地将所要测试分析的样品牵引吸入其生化反应区内，进行一连串的生化反应；而多段式检测与逻辑判读的电子回路设计方法，更进一步地增加此生物感测器的精确度与准确度。

本发明所采用的具体结构设计，将通过由以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。

附图说明

图1是显示本发明生物感测器测试片的立体分解图；

图2显示本发明生物感测器测试片的立体图；

图3显示图2中3-3断面的剖视图；

图4是显示生物感测器与生物感测器测试片之间的电路连接示意图；

图5是显示本发明生物感测器在执行生化感测器测试片的测试、待测分析液体样品进行生化反应、反应电流感测时电流变化状况的曲线图；

图6A及图6B显示本发明的测试流程图。

具体实施方式

本发明是提供一种检测微量待测液体样品、简易侦错方式以避免检测结果偏差的生物感测器，尤其是针对一些微量体积0.5～3.5ul的液体样品，透过本发明的设计与固定化酵素附着剂的特性，直接以全血为检测样品，快速地将所要测试分析的样品牵引吸入其生化反应区内，进行一连串的生化反应。而本发明中的多段式检测与逻辑判读的检测设计，更进一步地增加本发明的生物感测器的精确度与准确度。

参阅图1所示，其是显示本发明生物感测器测试片的立体分解图，图2显示该生物感测器测试片的立体图。本发明生物感测器测试片100的基本结构包括一绝缘基板1(Insulating Base Plate)，是用以作为生物感测器测试片的基体。

该绝缘基板1的材质具有绝缘与耐热的特性，可以单一或混合选择下列材料作为基体：聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、聚对苯二甲酸二乙醇酯(polyethylene glycol terephthalate)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚醯胺(polyamide)、聚酯(polyester)、尼龙(nylon)或硝化纤维(nitrocellulose)。

在该绝缘基板1上配置有一对薄膜电极，是可以现有的网版印刷技术(screen printing)或溅镀技术(sputtering)制作在绝缘基板1上。该对薄膜电极至少包含互不相接触的阳极导线和阴极导线，分别作为一工作电极21(working electrode)及一辅助电极22(counter electrode)。该工作电极21与辅助电极22是以具有良好电传导特性的材料所制成，例如以单一或混合选择下列材料：碳胶、银胶、银/氯化银胶、金、铂或钯。

在该绝缘基板1一侧端的表面上定义出有一反应区平面11，且该反应区平面11在该绝缘基板1上表面的三个侧缘则分别定义为一待测样品滴入侧12、一生化反应启始侧13、以及一端缘侧140。

该工作电极21的一端是经由一延伸区段211而延伸至该反应区平面11的邻近约中央区域位置，而该辅助电极22的一端亦经由一延伸区段221而延伸至该反应区平面11的生化反应启始侧13处。该工作电极21与辅助电极22的另一端可作为与电子信号转换器的连接区。

在该工作电极21与辅助电极22上更分别形成有一第一碳电极31与一第二碳电极320该第一碳电极31与第二碳电极32的尺寸宽度及布设路径与该工作电极21与辅助电极22的尺寸宽度及布设路径一致，其亦分别包括有延伸区段311、321。该第二碳电极32在延伸至该绝缘基板1上表面的反应区平面11处，更形成一扩大区域312。

该第一碳电极31与第二碳电极32上及该绝缘基板1上再覆设有一绝缘层4(DielectricalLayer)。该绝缘层4是部分覆盖于该第一碳电极31与第二碳电极32与绝缘基板1上，并未覆盖住绝缘基板1上表面的反应区平面11。

该绝缘层4的功能为保护电极之用，并形成一相当的厚度，构成检测样品生化反应区6的三度空间，以辅助生化反应层快速地将所要检测的样品牵引吸入生化反应区6内。该绝缘层4的厚度介于0.01～0.10mm之间，以构成足够的生化反应区6空间，辅助检测样品被生化反应层中的亲水性高分子牵引进入生化反应区6内。

该绝缘层4之厚度决定生化反应区6的大小与待测样品所需的反应体积。

选择适当的材质与利用不锈钢丝网的网版印刷技术可以控制其厚度的均一性。

该绝缘层4所使用的绝缘材质可以选自下列的材料；acrylate、聚酯(Vinylpolyester)、聚醯胺(polyimide)、环氧树酯(epoxy resin)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、聚对苯二甲酸二乙醇酯(polyethylene glycolterephthalate)、聚碳酸酯(polycarbonate)或聚酯(polyester)。

该绝缘层4更可包括有一对挡制片41、42，分别配置在该绝缘基板1的端缘侧14处。两个挡制片41、42之间形成一对流间隙43。

而该绝缘层4上最后再覆设粘贴有一上垫片5(Lamina)，且该上垫片5在对应于该绝缘基板1上表面的待测样品滴入侧12处，形成有一凹槽结构，以作为待测样品滴入口51。

较佳实施例中，该上垫片5覆盖于生化反应区6上方的区域是透明的，可当作是一确认视窗，以方便使用者确认待测样品是否已完全进入生化反应区6内。其上垫片5的材质可以单一或混合选择下列材料：聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、聚对苯二甲酸二乙醇酯(polyethylene glycolterephthalate)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚醯胺(polyamide)聚酯(polyester)、或硝化纤维(nitrocellulose)。

经由上述各相关构件组立之后，而使得邻近于该绝缘基板1上表面反应区平面11的裸露薄膜电极(即工作电极21与辅助电极22)的前端、一相当厚度的绝缘层4、及上垫片5所共同构成的三度空间形成一生化反应区6(同时参阅图3所示)。

而在该反应区平面11上涂布有一层生化反应试剂，作为生化反应层(Reaction Layer)，生化反应层除了扮演酵素反应的重要角色之外，其亲水性高分子附着剂也同时具有牵引待测样品吸入生化反应区6内的起始作用，反应区内的对流间隙更加速将所要检测的样品快速地牵引吸入反应区中与之进行一连串的生化反应。该生化反应层的组成试剂包括：缓冲液、生化反应酵素、电子传递介质(mediator)、高分子附着剂与介面活性剂。

该生化反应区6内有适当的对流间隙，以瞬间增加生化反应层中亲水性高分子牵引待测样品进入生化反应区6内的速度；生化反应区6内的空间小到足够使0.5～3.5ul的待测样品完全布满。

再者，由于工作电极21与辅助电极22在该生化反应区6中是以一前一后的电路印刷设计，如此可确保待测样品在进入该生化反应区6中时的反应起始时间一致，待测样品经由生化反应层中亲水性高分子的牵引与生化反应区6中对流间隙的作用下，先接触工作电极21，再到达辅助电极22时，生化反应时间才会开始计时，以增加其测试的稳定性。

图4是显示生物感测器7与生物感测器测试片100之间的电路连接示意图。该生物感测器测试片100可以其前端(即第一碳电极31与第二碳电极32的一端)插置入一生物感测器7的一预设导电插槽71中。以使该生物感测器7可经由一电压供应单元72供应一测试电压Vt至该生物感测器测试片100，同时也可以经由一电流感测单元73感测该生物感测器测试片100的电流It状况。

本发明提供一种生物感测器待机前对生物感测器测试片状况的侦错模式，在适当电压作用于测试片一段时间下，多段式检测漏电流与启始电流的变化与逻辑判读的侦错设计模式，以减少测试月的错误，更提供消费者多一层的保障。

图5是显示本发明生物感测器在执行生化感测器测试片的测试、待测分析液体样品进行生化反应、反应电流感测时电流变化状况的曲线图。图6A及图6B是显示本发明之测试流程图。对本发明的流程作一说明如后。

首先，以生物感测器测试片100正确地插置入生物感测器7的导电插槽71中(步骤100)，启始生物感测器的电源(步骤101)，之后生物感测器系统会进行一连串的自我检测程序判定正常与否(步骤102)。如果系统测试错误，则会发出系统错误的信息(步骤103)；而若系统测试正常，则该生物感测器7会继续经由电压供应单元72供应一测试电压Vt至该生物感测器测试片100(步骤104)。

此时，本发明会进行生化感测试片的检测程序，以测试出不同反应模式下的电流变化。此一程序是在适当电压Vt作用于该生化感测器测试片一段时间下，接着在第一测试点A时进行漏电流的测试(步骤105)、以及在第二测试点B时进行漏电流的测试(步骤106)。

在完成该生化感测试片的检测程序、再经生物感测器7的演算，系统将进行逻辑比对以判断该生物感测器测试片100正常与否(步骤107)，即通过由系统预先内建一电流参数值与其漏电流值作逻辑判断之后，生物感测器7将可判断出生化感测试片的状况。其中预先内建该电流参数值是不超过10微毫安培(10μA)。

如果该生化感测试片经测试不正常，则显示生物感测器7测试片的错误信息(步骤108)以提醒操作者；若该生化感测试片经测试正常，则生物感测器7进入待机状态(步骤109)。其所测第一测试点A与第二测试点B的漏电流的测试时间点距开机起始点0～10秒，以减少干扰，确保该生化感测器测试片的稳定性。

即第一测试点A的测试时间点是距开机起始点0秒以后，而第二测试点B是在第一测试点A测试时间点之后才进行测试，且第二测试点B的测试时间点距开机起始点不超过10秒。其中所测第一测试点A与第二测试点B的漏电流是不超过内建该电流参数值。

当待测分析液体样品滴入生化感测器测试片的滴入口时(步骤110)，经由该生化感测器测试片100的生化反应层中高分子附着剂的牵引与反应区内对流孔隙的辅助作用下，快速地使待测分析液体样品吸入反应区内。此时，该生物感测器7会进行临界值检测程序(步骤111)，通过由判断感测出的电流是否大于一临限电流值Ith，以确认该待测分析液体样品的量是否足够。

在通过临界值检测程序之后，生物感测器7的电压供应单元72会停止供应测试电压Vt至该生物感测器测试片100(步骤112)，并使待测分析液体样品与生化感测器测试片100的生化反应区生物分子与酵素进行一段时间的生化反应(步骤113)。

当待测分析液体样品中的生物分子与酵素进行一段时间的生化反应之后，接着电子传递到导电介质(步骤114)。其中待测分析物与生化感测器测试片中的酵素只进行部分生化反应，即可将电子传到电子传递介质，此部分生化反应时间介于1～10秒之间。接着电压供应单元72会再一次供应测试电压Vt至该生物感测器测试片100一段时间(步骤115)，此时导电介质的电子经由生物感测器的电子信号转换器的转换作用，以量化分析液体样品中生物分子的浓度(步骤116)，并显示此生物分子的浓度(步骤117)。

由以上的实施例可知，本发明确具极佳的产业利用价值，故本发明业已符合专利的要件。但以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技艺者当可依据上述的说明而作其它种种的改良，但这些改变仍属于本发明的创作精神及所界定的专利范围中。

Claims (5)

1.一种生物感测器测试片的多段式检测方法，该生物感测器测试片具有一生化反应区，当该生物感测器测试片插置连接于一生物感测器时，一待测样品在该生化反应区进行反应的信号可送至该生物感测器中，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)检测生化感测器测试片是否插置入生物感测器；

(b)当检测生化感测器测试片正确地插置入生物感测器时，启始该生物感测器的电源，并供应一测试电压至该生物感测器测试片；

(c)在测试电压作用于该生化感测器测试片一段时间下，在选定的第一测试点时进行该生物感测器测试片的漏电流测试；

(d)当判断出生化感测试片正常时，则生物感测器进入待机状态；

(e)当待测分析液体样品滴入该生化感测器测试片的滴入口时，该生物感测器进行临界值检测程序；

(f)通过临界值检测程序之后，生物感测器停止供应测试电压至该生物感测器测试片，并使待测分析液体样品与生化感测器测试片在生化反应区进行一段时间的生化反应：

(g)依据该生化感测器测试片在生化反应区所进行的生化反应，电子传递到导电介质；

(h)接着电压供应单元会再一次供应测试电压至该生物感测器测试片，以量化分析液体样品中生物分子的浓度，并显示此生物分子的浓度。

2.如权利要求1所述的生物感测器测试片的多段式检测方法，其特征在于，步骤(a)之后，更包括一系统测试的步骤，若系统测试错误，则会发出系统错误的信息。

3.如权利要求1所述的生物感测器测试片的多段式检测方法，其特征在于，步骤(c)在第一测试点时进行该生物感测器测试片的漏电流测试之后，更包括有在一选定的第二测试点时进行该生物感测器测试片的第二次漏电流测试。

4.如权利要求3所述的生物感测器测试片的多段式检测方法，其特征在于，在第一测试点与第二测试点进行该生物感测器测试片的漏电流测试的时间点是距该生物感测器启始电源的时间0～10秒。

5.如权利要求4所述的生物感测器测试片的多段式检测方法，其特征在于，第一测试点与第二测试点进行该生物感测器测试片的漏电流测试，是以不超过预定内建的电流参数值10微毫安培作为判断的依据。

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