TW565692B - Chip with measuring reliability and a method thereof - Google Patents

Description

565692 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域4

具有G::f關於-種生物感測器；特別B J提回測置可信度Φ从 今别疋有腦ip\ 絲 生物晶片之生物感琪iC 一種 一 、」裔及其方法。 —、【先前技術】 已來，利用特定酵素催化反應的各錄 =被务展出來使用於醫療用途上。此，種生物感測器 種用途係用於糖尿病的治療上， 生物感測器的一

身的血糖含量（血液中葡萄糖濃度）在正常患者控制本 住院糖尿病患者而言，其可在醫生的龄督=靶圍内。對於 糖含量在正常範圍内。但對於非住 本身的血 缺乏醫生直接監督的情況下，病患 y者而言，在 量則變得非常重要。 此自我控制血糖含 血糖含量的自我控制可藉由飲食、 成。這些治療方式通常在醫生的監督下 用藥來達 病患者本身能夠檢測其血糖含量是否 =^用。當糖尿 助患者更有效地自我控制其血糖含量。吊範圍時，可幫 第-圖顯示—種可供患者自#♦測血糖含 ’ S括：Γ則2元10及一供測量血糖含量的… 片1 2 #第：圖所示’係生物晶片"構件 ，其包括前端設有一電極部1 2 2 1的—條狀美 =^ 。電極部1 2 2 1上方覆蓋一反應層1 2 4、二隔件丄2

565692 五、發明說明（2) " -- 2 蓋板1 2 8。電極部1 2 2 1係設有_操作電極工 # = 1及一對應電極1 2 2 4包圍此操作電極1 2 2 2。 :::極1 2 2 2及對應電極1 2 2 4係分別電性連接至 狀基板122尾端的一導線1226及導線122 :細 電極部1 2 2 1上方的反應層"4含有鐵氰 (P〇taSslum ferricyanide)及氧化酶（〇xidase) ’例如葡萄糖氧化酶（glUC0Se 〇xidase)。

在使用上述血糖計時，係先將生物晶片i 2插入主測 :早元1 0 。然後，患者可以刺胳針扎刺自己的皮膚以滲 血滴，再將滲出的血滴直接滴在已插進主測試單元1 〇 的生物晶片1 2端部蓋板1 2 8之一開口 1 2 9中。此血 滴、、’里由隔件；[2 6的一通道1 2 7被吸入位於電極部1 2 f1上方的反應層1 24 ，而將反應層1 24溶解，以進 打一酵素催化反應，如下列反應式所示： D-Glucose + 2Fe(CN)63' + Η20

Fe(CN)64

Voltage

Gluconic acid + 2H+ + 2Fe(CN)64 Fe(CN)63. + e·

預疋i的亞鐵氰化鉀（p〇tassiuin ferr〇cyanide)係 相應血液樣品中的葡萄糖濃度而產生。經過一段預定時間 後血液樣品中葡萄糖的酵素催化反應完成後，一作用電壓 Vref施予在生物晶片1 2的操作電極1 2 2 2上，以電化

第5頁 565692 五、發明說明（3) 學反應地氧化亞鐵氰化卸，以釋出電子，而產生一相應的 反應電流通過操作電極1 2 2 2。此反應電流正比於酵素 催化反應產生的亞鐵氰化鉀濃度或正比於血液樣品中的葡 萄糖濃度。主測試單元1 0與生物晶片1 2條狀基板1 2 2尾端的導線1 2 2 6及1 2 2 8電性連接，並經由導線 1 2 2 6及1 2 2 8測得流經操作電極1 2 2 2的此反應 電流。藉由測量此一反應電流即可獲得血液樣品中的葡萄 糖濃度。

第三圖係第一圖所示之血糖計的控制電路示意圖，其 中生物晶片1 2電極部1 2 2 1的操作電極1 2 2 2及對 應電極1 2 2 4可視做一電阻R s，作用電壓V ref可由一電池 供應。生物晶片1 2產生的一反應電流I係經由一具有放 大電阻（amplification resistance) R的電流/電壓轉 換器3 2轉換成一輸出電壓V QUt。此輸出電壓V _可以公式 (I)表示： V0Ut=(l+Rf/Rs)Vref (I)，

一微處理器（m i c r 〇 c 〇 m p u t e r )(未示出）係經由一類比數 位轉換器（未示出）處理此一輸出電壓Vout，以求得血液 樣品中的一葡萄糖濃度值，再經由一液晶顯示器（未示出 )將此葡萄糖濃度值顯示出來，供患者參考。 然而，上述習知血糖計的生物晶片1 2在製造過程會 產生生物晶片1 2之間電阻R s的差異。一般而言’生物晶 565692 五、發明說明（4) 片1 2的電阻R孫在2K至4K之間，生物晶片1 2之間電阻 R妁差異，使得每一生物晶片1 2對於相同血液樣品卻測 得不同的輸出電壓V out，而得到不同的葡萄糖濃度值。因 此，生物晶片1 2之間電阻R妁差異，降低了生物晶片1 2的測量可信度（r e 1 i a b i 1 i t y)。 據此，亟待提供一種可提高測量可信度的生物晶片， 其可克服習知生物晶片之間電阻值差異造成的缺失。 生本之 之片片 度晶晶。 信物物度 可生生信 量於償可 測大補旦里 高略以測 提約，的 可或上片 種當片晶 一 相晶物 供值物生 提阻生高 係電於提 的一阻而 目接電進 1要串 一 ， 容主藉的異 内之其值差 明明係阻值 發發，電阻 ί本片大電 、 晶最的 三 物身間 本發明之另一目的係提供一種可提高測量可信度之生 物晶片，其可提高一受測檢體中一特定成份濃度的測量準 確度0 本發明之又一目的係提供一種可提高生物晶片測量可 信度之方法，其係利用增加生物晶片上一操作電極與其對 應電極長度或寬度的方法，以串接一電阻於生物晶片上， 藉以降低每一生物晶片之間電阻值的差異，進而提高生物 晶片的測量可信度。本發明方法簡單，不需增加額外的製

第7頁 565692 五、發明說明（5 ) 造步驟，可達到降低製造成本的目的。 板、一 及一第 對應電 具有一 與對應 電阻的 及對應 及第 感測器 晶片相 應電流 極及對 其中氧 定成份 應層上 板係位 以使 之一主 應一受 。反應 應電極 化還原 、經酵素 方’此 於隔件 受測檢 元，此 中一特 於基板 應層包 施予在 行一氧 有一通 此蓋板 此開口 根據以上所述之目的 信度之生物晶片及其方法 反應層、一隔件及一 二端部，第一端部具 極，以及一電阻係串 第一導線及一第二導 電極形成有一最大電 電阻值係相當或約略 電極係從基板之第一 二導線，及第一導線與 測試單 測檢體 層係位 ，此反 介體與 催化進 隔件设 上方’ 體經由 本發明提供一種可提高測量可 t發明之生物晶片係包括一基 盍板。基板係具有一第一端部 有相互隔開的一操作電極及一 接於插作電極，以及第二端部 線。基板第一端部之操作電極 阻R s’及串接於操作電極的此 大於此最大電阻Rs。操作電極 端部分別電性連接於第一導線 第一導線係電性連接於一生物 主測試單元係用於測量此生物 定成份於操作電極產生的一反 之第一端部上方以覆蓋操作電 含一氧化還原介體及一酵素， 生物晶片上的受測檢體中此特 化還原反應。隔件係位於此反 道於相應反應層之一端部。蓋 設有一開口於隔件之通道上^ 及通道進入反應層。

^本發明係藉串接一電阻值相當或約略大於生物晶片本 身最大電阻值的電阻於生物晶片上，以補償每一生物晶片

第8頁 565692 五、發明說明（6) 之間電阻值的差異，以降低生物晶片的雜訊比（N/S)值， 進而提高生物晶片的測量可信度（r e 1 i a b i 1 i t y )及受測檢 體中一特定成份濃度的測量準確度。 本發明之目的及諸多優點藉由以下具體實施例之詳細 說明，並參照所附圖式，將趨於明瞭。 四、【 應 所示之 試單元 主測試 由主測 生的一 以決定 實施方式】 用於本發明 習知血糖計 。使用本發 單元中，接 試單元測量 反應電流。 受測檢體中 括一基板、一反應 之基板具有一第一 相互隔 應受測 極，故 ，每一 R /系在 異，本 生物晶 層、一隔 端部及一 開的一操作電極及一 檢體中此特 此操作電極 生物晶片所 2K至4K之間 發明係在生 片本身最大 之生物感測器主要構件係相同於第一圖 主要構件，皆包括一生物晶片及一主測 明生物感測器時，係先將生物晶片插入 著將一受測檢體施予在生物晶片上，再 生物晶片相應受測檢體中一特定成份產 主測試單元再根據所測得的此反應電流 此特定成份濃度。本發明之生物晶片包 件及一蓋板。本發明生物晶片 第二端部，其中第一端部具有 對應電極。本發明生物晶片相 定成份產生的一反應電流係流經操作電 與對應電極可視做一電阻R s。一般而言 具有的電阻R大小會有差異，此一電阻 。為補償每一生物晶片之間電阻R釣差 物晶片上串接一電阻值相當或約略大於 電阻的電阻R，例如串接一 4 K的電阻R，

第9頁 州692 五L發明說明（7) ΐ每ί ί ΐ f片之間的電阻值差異變成6K至^如此一 進而i!:片：：原來雜訊比（n/s)為1_降為摩， 爽同母一生物晶片的測量可信度。 第二ΐΓΐ物t片基板之第二端部具有-第-導線及-

㈣極及對應電極係從基板之第 以及第端部的第-導線及第二導線， 試單元，葬以你線係電性連接於生物感測器之主測 中此特定二Hi單元測量此生物晶片相應受測檢體 應層：=„產生的反應電流。生物晶片之反 極。此反廊ί勺=一柒部上方以覆蓋操作電極及對應電 酵素，此ί二之】I 還原介體（redox mediat〇r)及一 的此特定成份經酵素催;匕進行曰^片上的受測檢體中 層包含的酵素成份而定。特份係視生物晶片反應 原介體為鐵氰化鉀（pot二如，生物晶片反應層的氧化還 fe-^nide) 即可用以測量一血液樣口 o/1 dase)時，此生物晶片

晶片反應層的氧化還原；J葡萄糖濃度。又’例如生物 ferricyanide)及酵二成;:ί 鐵亂化鉀（P〇taSSium oxidase)時，此生物曰、，，為乳酸氧化酶Uactate 酸（lactic acid)濃度曰曰。P可用以測量一唾液樣品中的乳

565692 五、發明說明（8) | 一本發明生物晶片之隔件係位於反應層上方，此隔件設 一通道於相應反應層之一端部。生物晶片之蓋係位於 隔件卜士 从 …人工万’此盍板設有一開口於隔件之通道上方，以使受 測仏體經由此開口及通道被吸入反應層，將此反應層溶解 I ’以進行一酵素催化的氧化還原反應。 第四 生物感測 有一電阻 |約略大於 晶片上， 間後，受 〔redox |原的氧化 第一端部 ,供應，係 |被還原的 I操作電極 具有一放 電壓ν_。 決定受測 明的生物 身最大電 值差異，

圖係本發明包括一生物晶片及一主測試單元之一 裔的部份控制電路示意圖，其中生物晶片本身具 R s’其中R為一範圍值，及串接一電阻值相當或 隶大R s電阻值的電阻R。當受測檢體施予在生物 被吸入反應層’將反應層溶解後，經過一預定時 測檢體中的此特定成份與反應層的氧化還原介體 i^ediator)的酵素催化氧化還原反應完成，被還 還原；I體即成為電子攜帶者，累積於生物晶片之 區域。之後，一作用電壓V rei，例如可由一電池 施予在生物晶片的第一端部的操作電極上，以使 氧化還原介體釋出電子，產生一反應電流I經過 。此反應電流1再由生物感測器主測試單元的一 大電阻、電流/電壓轉換器4 〇轉換成一輸出 主，則试單元再根據所測量到的輸出電壓V，以 檢體中的此特定成份濃度。如第四圖所示，本發 晶片串接有一電阻值相當或約略大於生物晶片本 阻值的電f R，可補償每一生物晶片之間的電阻 藉以降低母一生物晶片的雜訊比，進而提高每一

第11頁 565692 五、發明說明（9) 生物晶片的測量可信度及測量準確度 接下來，本發明可提高測量可信度之 由以下的較佳具體實施例配合所附圖 物曰曰片，將藉 Θ ，予以詳細說明。 第五圖係根據本發明一第—較佳具體 晶片的呈長條狀基板5 0的透視 ' =知例的一生物 端部5 1具有一呈條狀的操作電板”的第— 應電極5 1 2 ，及一電阻R係串接於操作壬條狀的對 板5 0的第二端部5 2具有一第一導線5 ° 5 1/ 。基 5 2 2。串接電阻r之操作電極5丄上及及第一導線 係從基板5 〇第一端部5 !縱向：電極5 1 2 第二端部5 2的第-導線5 2丄及第二導連接於 ^之電阻值係相當或約略大於操作電極5 2 2電阻 成的—電阻的最大電阻值。操作電極、對應電極 f Ϊ 可由相同的導電性材質形成，例如：|巴子 、對庫雷*Pt)、金、銀、石墨、鈦及銅。操作電極5 1 P 以；2、·第一導線5 2 1及第二導線5 2 “ 〈screen pr lnt lng)技術形成於基板5 〇上。

晶片第1、圖係根據本發明一第二較佳具體實施例的一生物 ΐ部的呈長條狀基板6 〇的透視示意圖。基板6 0的第一 ^ i f 1具有一寬度增加呈條狀的操作電極6 1 1與一寬 X θ °呈條狀的對應電極6 1 2 ，基板6 0的第二端部6

第12頁 咐692 —-^-- 發明說明（10) 2具有 6 別 第 丄1及對應 1性連接於 2 2。本發 6 1 1及其 的電阻值， #制操作電 以補償每一生 對應電極6 1 導電性材質形 石墨、鈦及銅 導線6 2 1及 Printing)技 極 身 藉 導線6 電極6 第二端 明之第 對應電 即相當 極6 1 物晶片 2可大 成，例 。操作 第二導 術形成 2 1與一 1 2係從 部6 2的 二較佳具 極6 1 2 於在生物 1與其對 之間電阻 致上具有 如，把（ 電極6 1 線6 2 2 於基板6 第一導線 第一端部 第一導線 體實施例 的寬度， 晶片上串 應電極6 值差異。 相同尺寸 Pd)、鉑 1 、對應 可以網印 〇上。 6 2 2。操 6 1縱向延 6 2 1及第 係利用增加 以增加生物 接一電阻R : 1 2的寬度 操作電極6 大小，及由 (Pt)、金 電極6 1 2 (screen 作電極 伸以分 二導線 操作電 晶片本 並且 大小， 1 1及 相同的 、銀、 、第一

物第彎有及性較1形增 生的呈具1電三 7 ， 以 一 ο 一 21別第極下， 的7及77分明電況2 例板1部極以發應情1 施基1端電，本對度7 實。7 二作伸。與長極 體圖極第操延21向電 具意電的。向2 1縱應 佳示作OCXI縱77的對 較視操721線極1與 三透的板77導電71 第的狀基線部二作板1 Ιο條。導端第操基7 明7曲2二一及加加極 發板彎1第第1增增電 本基呈7及從2用不作 據狀一極1係7利在操 根條有電22線係如的 係長具應71導例例狀 圖呈1對線7 1 施，條 七一 7的導極第實度曲 第的部狀 一電於體長彎 片端條第應接具的呈 晶一曲 I 對連佳2成

第13頁 565692 五加電條阻有C12 、發明說明（11) 生物晶片本身的電阻值，即相當於在生物晶片上串接一 阻R，並且藉控制呈彎曲條狀操作電極7 1 1與呈彎曲 狀對應電極7 1 2的長度，以補償每一生物晶片之間電 值差異。操作電極7 1 1及對應電極7 1 2可大致上具 相同尺寸大小，及由相同的導電性材質形成，例如，ί巴 Pd)、鉑（Pt)、金、銀、石墨、鈦及銅。操作電極7 1 、對應電極7 1 2 、第一導線7 2 1及第二導線7 2 可以網印（s c r e e n p r i n t i ng)技術形成於基板7 0上 根據上述較佳具體實施例，本發明提高生物晶片測量 可信度之方法係製造方法簡單，不會增加額外複雜的製造 步驟，可達到降低製造成本的目的。 以上所述僅為本發明之具體實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。

第14頁 565692 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 第一圖係一習知的血糖機外觀示意圖； 第二圖係第一圖所示的血糖機的一生物晶片構件分解 不意圖， 第三圖係第一圖所示的血糖機的控制電路示意圖； 第四圖係本發明生物感測器的部份控制電路示意圖； 第五圖係根據本發明一第一較佳具體實施例的一生物 晶片的基板透視圖， 第六圖係根據本發明一第二較佳具體實施例的一生物 晶片的基板透視圖，及 第七圖係根據本發明一第三較佳具體實施例的一生物 晶片的基板透視圖。

主要部份之代表符號： 1 0 主測試單元 1 2 生物晶片 1 2 2 條狀基板 1 2 2 1 電極部 m m 第15頁 565692

圖式簡單說明 1 2 4 反 應 層 1 2 6 隔 件 1 2 7 通 道 1 2 8 蓋 板 1 2 9 開 V 1 2 2 2 操 作 電 極 1 2 2 4 對 應 電 極 1 2 2 6 、1 2 2 8 導線 0 電 流 /電壓 轉 換 器 0 電 流 /電壓 轉 換 器 0 基 板 1 第 一 端 部 2 第 二 端 部 1 1 操 作 電 極 1 2 對 應 電 極 2 1 第 一 導 線 2 2 第 二 導 線 0 基 板 1 第 一 端 部 2 第 二 端 部 1 1 操 作 電 極 1 2 對 應 電 極 2 1 第 一 導 線 565692 圖式簡單說明 7 0 基 板 7 1 第 —一 端 部 7 2 第 二 端 部 7 1 1 操 作 電 極 7 1 2 對 應 電 極 7 2 1 第 一 導 線 7 2 2 第 _—— 導 線

Claims (1)

1. 565692 六、申請專利範圍 1. 一種可提高測量可信度之生物晶片，其包括： 一基板，係具有一第一端部及一第二端部，該第一端 部具有相 串接於該 第二導線 阻Rs，及 大電阻R 端部分別 導線與該 單元，該 體中一特 一反 操作電極 一酵素， 受測檢體 之該第一 及該第一 一主測試 一受測檢 互隔開的一操作電極及 操作電極，以及該第二 ;其中該操作電極與該 串接於該操作電極的該 s，該操作電極及該對應 電性連接於該第一導線 第二導線係電性連接於 主測試單元係用於測量 定成份於該操作電極產 應層，係位於該基板之 及該對應電極，該反應 其中該氧化還原介體與 中該特定成份經該酵素 一對應電極，以及一電阻 端部具有一第一導線及一 對應電極形成有一最大電 電阻的電阻值相當於該最 電極係從該基板 及該第二導線， 一生物感測器之 該生物晶片相應 生的一反應電流 該第一端部上方 層包含一氧化還 施予在該生物晶 催化進行一氧化

   以覆蓋該 原介體及 片上的該 還原反應 一隔件，係位於該反應層上方，該隔件設有一通道於 相應該反應層之一端部；及

   一蓋板，係位於該隔件上方，該蓋板設有一開口於該 隔件之該通道上方，以使該受測檢體經由該開口及該通道 進入該反應層。 2.如申請專利範圍第1項所述之可提高測量可信度之 生物晶片，其中上述之操作電極及對應電極包含一相同的

   第18頁 565692 六、申請專利範圍 導電性材質。 3. 如申請專利範圍第1項所述之可提高測量可信度之 生物晶片，其中上述之生物晶片所測量之該受測檢體中該 特定成份係視該反應層中該酵素成份而定。 4. 如申請專利範圍第3項所述之可提高測量可信度之 生物晶片，其中上述之生物晶片係用以測量血液中的葡萄 糖濃度。

   5. 如申請專利範圍第3項所述之可提高測量可信度之 生物晶片，其中上述之生物晶片係用以測量唾液中的乳酸 濃度。 6. —種可提高測 一基板’係具有 部具有相互隔開呈彎 一對應電極，以及該 線；其中該操作電極 部分別電性連接於該 線與該第二導線係電 元’該主測試早元係 中一特定成份於該操 一反應層，係位 量可信度之生物晶片，其包括： 第一端部及一 端部，該第一端 曲條 第二 及該 第一 性連 用於 作電 於該 狀的一操作電極及呈彎曲條狀的 端部具有一第一導線及一第二導 對應電極係從該基板之該第一端 導線及該第二導線，及該第一導 接於一生物感測器之一主測試單 測量該生物晶片相應一受測檢體 極產生的一反應電流； 基板之該第一端部上方以覆蓋該

   第19頁 565692 六、申請專利範圍 操作電極及該對應電極，該反應層包含一氧化還原介體及 一酵素，其中該氧化還原介體與施予在該生物晶片上的該 受測檢體中該特定成份經該酵素催化進行一氧化還原反應 9 一隔件，係位於該反應層上方，該隔件設有一通道於 相應該反應層之一端部；·及 一蓋板，係位於該隔件上方，該蓋板設有一開口於該 隔件之該通道上方，以使該受測檢體經由該開口及該通道 進入該反應層。

   7. 如申請專利範圍第6項所述之可提高測量可信度之 生物晶片，其中上述之操作電極及對應電極係包含一相同 的導電性材質。 8. 如申請專利範圍第6項所述之可提高測量可信度之 生物晶片，其中上述之生物晶片所測量之該受測檢體中該 特定成份係視該反應層中該酵素成份而定。

   9. 如申請專利範圍第8項所述之可提高測量可信度之 生物晶片，其中上述之生物晶片係用以測量血液中的葡萄 糖濃度。 1 0 .如申請專利範圍第8項所述之可提高測量可信度之 生物晶片，其中上述之生物晶片係用以測量唾液中的乳酸

   第20頁 565692 六 應 及 基 線 之 相 反 --—--- 申請專利範圖 一 電極形成/取大電阻R S，及該第二 一宽〆導緣，該條狀操作電编你具有一第一導線 柘兮第〆端部分別電性連拉二以條狀對應電極係從該 線及該第二導線係及該第二導 士贫〆導線及該第二導線從/ h弟一導線及該第二導 一 ί測試單元，以使該主測試=ΐ:::i:_器 應一受測檢體中-特定成份於該條狀操作；片 應電流；及 玍的一 將 形成之該 大電阻R s 成極與該條狀對應電極所 成之該取大電…、中5亥電阻之電阻值係相當於該最

   1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之可提言 量可信度之方法’纟中係利用增加該條狀電極盥：片狀： 應電極縱向長度之方法，以將該電阻♦接於該最^電阻 R s° 15.如申請專利範圍第14項所述之可提高生物曰 量可信度之方法，其中上述增加該條狀電極與該條對雇 電極縱向長度之方法係將該條狀操作電極與該條狀對應^

   Θ ^6.如申請專利範圍第1 3項所述之可提高生物晶片 量可信度之方法，其中係利用增加該條狀操作電極盘兮、 狀對應電極的寬度，以將該電阻串接於該最大電阻厂保

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