TWI375025B - System and method for measuring analyte concentration of a chemical or biological substance - Google Patents

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1375025 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 * 本發明大致上有關藉由分光光度法來分析及測量化學 ' 物質之方法及裝置，且特別有關使用可棄式光學測試元件 及光譜偵測器供多個物質之定量測定的攜帶型手持式感測 器系統。 Φ 【先前技術】 〔 吾人已知各種化學物質按照樣本中所存有物質濃度之 比例吸取光線。再者，通過此一物質之光線具有一吸收光 譜，其係以該物質之吸光性質及光線行進經過之任何其他 介質的性質爲特徵。此吸收光譜能以棱鏡折射地顯示供分 析。藉由忽視可歸因於強度損失及其他吸收體之吸收光譜 部份，該化學物質之光譜能被隔絕，且其特質及濃度被決 定》該忽視、或“僅供參考”係在無該化學物質下藉由決 • 定該光源之吸收光譜及任何分光光度成份所做成。僅供參 G 考通常係在時間及空間中進逼至該化學物質之吸收度測量 所做成，以使錯誤減至最小。 • 其已熟知用以決定化學品物質濃度之可攜帶、電池供 “電裝置係市售的。實例包含由Hach公司所提供之可攜帶 式光度計及Merck公司所提供之可攜帶式反射計。光度計 及反射計系統之一詳細評論係在包羅廣泛之分析化學、分 析之化學測試方法（Comprehensive Analytical Chemistry， Chemical Test Methods of Analysis ( 2002 年）紐約州 -5- 1375025

Elsevier市之Y.A.Zolotov等人）中所給與，及於科學儀 器之評論（Kostov，Υ·及 Rao，G ., V ο 1 · 7 1，4 3 6 1 ( 2 0 0 2 年 ))所給與之一槪觀論文中。這些系統之採用造成在一實 驗室外面做化學分析成爲可能。然而，仍然需要在以下範 圍之改良： 1.具有可攜帶式工具之一些測試使用毒性或腐蝕試劑 。一些測試對於單一測試使用大量固體試劑。譬如，很多 Q Hach測試方法對於單一被分析物使用200毫克或更多固 體試劑。 2 . —操作員必需傳送試劑及樣本進入一測量單元。樣 本調處及試劑處理是化學分析之不便部份及增加操作員至 操作員之錯誤。 3 .由於該濕式化學分析之不想要液體產物必需根據適 用之法律而被安全地處置。 4·目前可用之測試方法不能於單一測試中輕易地決定 〇 超過一個之非相關被分析物。 5.雖然大部分可攜帶式裝置具有資料解析及儲存能力 ，大部分測試結果仍然需要被手動地傳送進入一資料庫。 其他利用測試條之方法已廣泛地企圖用以對於大量被 分析物做半定量分析。在此，以可棄式光學感測器元件、 藉由一光度計讀取能獲得定量結果。於大部分例証中，僅 只單一被分析物係藉由一光學感測器元件所決定。既然透 射吸收度被測量，其係難以產生用於無校準之測試的可棄 式光學感測器元件。 -6- 1375025 可棄式化學感測器係該技藝中所熟知者。譬如，美國 專利第5,83〇，1；34號敘述一感測器系統用以偵測物理化學 ' 參數’該等參數係設計供補償極多之擾亂因素，諸如那些 ' 源自局部可棄式監視單元之使用者，因此消除用於校準步 驟之需求。 另一美國專利第5, 1 56,9 72號掲示一化學感測器，其 係根據光線吸收、光線發射、光線散射、光線偏振、及電 φ 化學與壓電測量參數。 € 用於光學貼標籤器（taggant)及化學感測器之散射控 制下的發射已被揭示在美國專利第6,528，318號。 使用參考及指示感測器之感測器列陣係已知及敘述在 美國專利第4,225,4 1 0號。在此，一感測器可被個別地校 準，使得每一分析可被直接地讀取。 美國專利第5,73 8,992號揭示一利用參考材料以校正 螢光波導感測器量測之方法。美國專利第5,63 1，1 70號教 φ 導一藉由以參考試劑標明該波導而用於螢光波導感測器之 G 僅供參考方法。應指出的是用於本發明之內部吸收度標準 方法於數個態樣中根本上不同於該先前技藝。 • 首先，用於本發明之多角度散射感應吸收度偵測方案 ‘係不同於傳統之衰減全反射（ATR )感測器，該等感測器 使用一薄的元件，該薄的元件之膜厚度大約與該入射光束 波長相同之尺寸。這些薄的元件亦可包含—用作內部參考 資料之螢光物質。對比之下’本系統有關較厚之膜元件不 需要接近該入射光束波長之厚度’且根據吸收度使用替代 1375025 之內部參考資料。 二波長、或雙光束方法係在分光光度分析中已習知者 。在“用於迅速衰減波感測器之參考系統（Referencing Systems for Evanescent Wave Sensors ) ” ， ( Stewart, G. 等人SP IE之生產，1314,262( 1990年））中，提出二波 長方法以補償該感測器表面上之污染效應。發給Loeppert 之美國專利第4,760,250號敘述一用以測量環境性質之光 〇 電系統，其中反饋控制光源係用於使與該光源穩定性及零 組件老化有關之問題減至最小。一類似之反饋控制二波長 方法係敘述在發給Vurek之美國專利第3,799,672號中。 一雙光束反射比分光光度計係敘述於“用於偵測空氣中之 氰化氫的光學纖維感測器（Optical Fiber Sensor for Detection of Hydrogen Cyanide in Air) ， ( J a wad, S.M.及 Alder，J. F.，Anal. Chim. Acta 2 5 9，246 ( 1 99 1 年 ))。於Jawad及Alder之方法中，二發光二極體係輪流 〇 通電。在該二波長之輸出的比率係用於減少藉由該感測器 元件對氰化氫偵測之背景吸收所造成的錯誤。這些二波長 方法對使藉由光學及機械零組件老化及光源之長期穩定性 問題所造成之錯誤減至最小係有效的。然而，與可棄式測 試元件之有效光學通過長度中之變化有關的錯誤尙未解決 〇 一包含可丟掉或可棄式測量裝置及另包含一或多個感 測器之可棄式感測器系統係揭示在美國專利第5,1 1 4,8 5 9 號中。 -8 - 1375025 再者，多數被分析物之分析係以微組裝感測器所完成 ，如於美國專利第6,00 7,775號中所敘述者。 於“對CKMB之免疫學量測的一塑膠製迅速衰減波 感測器之應用（Application of a Plastic Evanescent-Wave Sensor to Immunological Measurements of CKMB) ” > (

Slovacek, R.E. : Love, W.F. ; Furlong, S.C·，感測器及致動 器B, 29第67-71頁（1995年）），其已示範一由非臨界 表面所處理之感測器可被製成具有改善之堅固性。這些感 f 測元件被製成爲具有變鈍端部之塑膠圓錐體，並將該等感 測化學成份澱積在該圓錐體上。該等感測元件係由塑膠射 出成形，使得它們在商業上係吸引人的。 該已知之現存感測器大致具有數個限制其對於現場分 析應用之適用性的顯著缺點。這些缺點包含： 1 .於該感測器中需要測試條之絕對必要的對齊，以施 行精確之讀取。 2 .需要減少由測試條品質（嵌入試劑濃度、有效之光 G. 程長度、及零組件老化）中之變化所造成的錯誤。 3 .當測試元件被暴露於一樣本時，需要減少由它們中 之物理變化所造成的錯誤，該等物理變化諸如膨漲、收縮 、或/及有細微裂紋。 4.對於精確之分析需要決定化學感測器反應中之穩態 反應。 5 .未能由不可逆的化學反應收集動態之感測器資訊。 6.未能於暴露於一樣本時由不可逆的化學反應收集即 -9- 1375025 時資訊。 7.未能由多個多個不可逆的化學反應分析該動態之感 測器資訊，以對該感測器系統提供一改善之定量化能力。 根據該先前技藝中之上面缺點，一低成本、手持式、 及無須校準之感測器系統尙未被展現。本發明中所揭示之 感測器系統係針對上面簡述缺點之解決方法。特別地是， 當該樣本與該感測器起反應時，藉由追蹤該不可逆的感測 Q 器化學反應之活動或動態反應的變化比率，本發明中之感 測器能收集動態資訊，以便量化該濃度水準。 由於前文之觀點，本發明之一目的係提供一可攜帶、 可棄式手持式感測器系統，用於被分析物之濃度的定量測 定。其亦想要的是提供一種在每一組新的分析之前不需要 校準的系統。關於此點，本系統在相同之感測器元件上採 用雙光線分析，在此樣本反應係與一內部參考資料作比較 ，而不需在每一組新的分析之前作校準。再者，一內部參 〇 考資料之使用對於該裝置可顯著地減少該光學及機械之耦 接需求，藉此於該製造及組裝製程中提供成本優點，且在 測試結果之準確性上具有最小之衝擊。 本發明之另一目的係提供一能夠與資訊處理單元、譬 如一口袋型個人電腦或無線行動電話或一衛星通訊連絡之 感測器’以致分析資料能被調處、傳送、或電子式地儲存 〇 其重要的是注意本發明提供一般之光度計及/或光譜 測試方法’在此不需要任何液體試劑。這不只使該測試簡 -10- 1375025 化，而且也減少有關毒性試劑材料之處理及設置的昂貴及 勞力密集之需求。 ' 【發明內容】 本發明提供一種用以測量化學物質中之被分析物濃度 的能攜帶、可棄式手持式感測器系統。該系統提供一通用 之光度計及/或光譜測試方法，在此不需要任何液體試劑 φ ，且在每一組新的分析之前不需要校準》該系統之主要零 〔 組件包含薄膜感測試劑，其被固定在一可棄式測試元件上 ;一轉接器’其用於以一可再現之方式安裝該測試元件；

及一光源’其能夠由該測試元件激發光度反應。因此，該 系統包含市售光學光源及光偵測器元件，並與適當之耦接 裝置、固定裝置、電源、及電子電路結合，而允許該系統 介接及傳送資料至一電腦或其他顯示、儲存、或處理單元 。該系統亦考慮額外之裝置，以支援其主要功能，諸如一 Φ 隔板，以於該感測量測期間由周圍之光線隔絕該測試元件 G 。當然本發明亦提供一高度反應靈敏之感測器系統，其能 被擴充至測量多個具有單一多段測試元件之被分析物，並 實際上能被輕易地攜帶至任何定位置，在此位置需要化學 或生物樣本之現場分析》此一位置之實例包含遙遠的湖泊 或河流，或大樓屋頂上之冷卻水塔。 於參考所附圖面閱讀以下之詳細敘述及所附申請專利 範圍時’本發明及其勝過該先前技藝之優點將變得明顯。 -11 - 1375025 【實施方式】 本發明有關一用以藉由利用某些化學物質的反應性質 測量化學物質之濃度的方法及裝置；譬如，該物質與另一 化學品起反應之特性，例如一選定之被分析物，造成該第 一試劑中之一化學變化，及導致該原始含有化學材料的光 線吸收性質中之一變化。於操作中，本發明經過光線吸收 度、亮度、光線散射、或其他以光線爲基礎之反應中的變 Q 化測量該測試元件對特定被分析物之回應。本發明中所敘 述之被分析物是化學類型，但本發明亦可想像包含生物系 統，在此生物類被分析物之相互作用刺激類似之測試元件 反應。當作一實例，此生物系統可爲被固定不動之酵素， 其與一被分析物之濃度成正比地刺激光線反應，譬如對腺 甘三磷酸酶（ATP)之螢光素反應》 現在參考該等圖式，圖1顯示一基本之感測器系統， 其包含一可棄式測試元件2，該測試元件大約係一顯微鏡 〇 玻璃片之尺寸，並可拆離地安裝至轉接器4。該測試元件 2係由任何適當之透明物質、諸如玻璃或有機聚合材料所 製成，該透明物質具有一通常大於1之折射率（ηι)。該 測試元件之一部份係在一或兩側面上塗有一包含試劑之薄 的、透明的聚合物膜，該等試劑需要與被分析物反應，以 便產生一彩色產物。該試劑膜可藉由浸泡塗敷或旋轉塗敷 該測試元件被固定不動在該測試元件上，或藉由該技藝中 習知之其他方法。除了塗敷該測試元件之一部份以外，當 然該整個測試元件可同樣被塗敷。與上面論及之試劑物質 -12- 1375025 結合，該反應膜塗敷層亦包含一參考染料，該等參考染料 具有提供一內部光線吸收度標準、或內部參考之作用，由 * 此該試劑-染料膜混合物之折射率（n2)可少於或超過〜 • 。該參考染料係與該膜塗料一起混合，以提供一具有不變 之內部光線吸收度標準的試劑膜複合物。換句話說，該試 劑膜複合物之參考染色成份提供一第一光線吸收度反應， 且該試劑本身提供一第二光線吸收度反應，而允許該試劑 φ 膜複合物對入射光能提供一雙光線吸收度反應（亦即雙光 線反應）。然而，不像該試劑本身，該參考染料不會與該 被分析物起反應》因此，如果該測試元件之光學及機械性 質未改變’該染料之光譜形狀由一測試元件至另一測試元 件、且在該測試元件係暴露於該樣本之前及之後將保持不 變。再者，既然該參考染料及試劑具有不同之光線吸收度 光譜’該參考染料之光譜形狀不會與該目標偵測波長、或 諸波長之範圍顯著地重疊’而用於對試劑及該被分析物間 φ 之反應測量該測試元件回應。藉由在該參考染料及該試劑 之間提供此一非重疊基準反應差異’該試劑膜複合物提供 一內部光線吸收標準或內部參考，如此提供一內部雙光線 反應，而在每一組新的分析之前不需外部校準及裝置校準 。如在下面更詳細地討論者，當然該內部參考亦使減至最 小由裝置至裝置之反應變化，並以在測試結果之準確性上 的最小衝擊提供實質之製造及維修成本優點。因此，本系 統之特徵及特色係極適用於有成本效率之生產、組裝、及 微型化。上文所引用之內部參考係一色度染料，但這僅只 1375025 是很多可能具體實施例之一。未與該被分析物之偵測化學 性起反應及在該偵測光譜外側具有一光譜反應的任何標準 能用作一內部標準。此材料可能是一無機複合物、一顏料 、染料、或微米或奈米微粒，其產生想要之光譜反應及能 被用於校正由於膜變化之錯誤。 又參考圖1，安裝轉接器4包含至少一光源6，其可 爲能夠發射光能21之任何機構，諸如LED、雷射二極體 Q 、或小型燈泡。該轉接器4另包含至少一光偵測器8，其 可爲能夠偵測光能22及將該能量轉換成電輸出信號之任 何機構，該等信號指示該測試元件對該目標被分析物或諸 被分析物之回應。這些電輸出信號被經由電路電線14傳 送至信號轉換器5。當然很多市售之光偵測器可被用於達 成想要之性能，諸如光電二極體、微機電光電倍增管、或 光電管，且於該技藝中是熟知的" 該轉接器4亦包含固定機構44，該固定機構用於對 〇 齊該測試元件2及相對該光源6及光偵測器8將其定位於 一可適當地再現之位置。如在下面更詳細地討論者，本發 明不需要固定機構44以提供該測試元件之嚴格定位及控 制。反之，其已發現該測試元件相對該光源及光偵測器之 一適度或適當控制對達成精確及可再現之吸收度結果係有 效的，藉此於該製造、維修、及組裝需求中提供成本優點 〇 於操作中，隨著電源開關9被作動，該光源6產生一 未對準及未聚焦之光束。如在圖3中最佳顯示，該未.對準 -14- 1375025 及未聚焦光束在不同角度；亦即，在少於及大於該測試元 件之臨界角的角度下撞擊該測試元件。如在下面更詳細地 ' 討論者，此入射光能之一部份與被固定在該測試元件上之 • 試劑膜複合物起反應。一旦此入射光能通過該試劑膜複合 物’該光偵測器能夠偵測一對光線反應光譜；亦即，該光 偵測器單單由該內部參考染色偵測第一光線反應，及由該 試劑膜本身偵測第二光線反應，藉以允許該裝置由該入射 φ 光-測試元件之相互作用偵測雙光線反應。這樣一來，該 測試元件光線反應光譜中之任何變化能被偵測及測量，而 在每一組新的分析之前不需外部校準。再者，其將顯示由 於該入射光束之未對準及未聚焦本質，該測試元件藉由固 定機構44之嚴格控制及定位係不需要，以提供相當精確 之測試結果。反之，固定機構44僅只需要對於該測試元 件2提供適度或適當之位置控制，藉以在該製程中提供成 本節省。 φ 該轉接器4另包含電池7，以對該感測器系統供電； 雖然熟練之工匠將了解同樣可使用很多可替代之機構以對 該感測器系統供電。此外，提供合適之電子機構，其允許 該信號轉換器5與信號處理單元10通訊連絡，以致由該 光偵測器8所產生之電輸出信號可被處理及電子式地儲存 。當然很多熟知之架構能夠以該技藝中所習知之方式被利 用，以達成與上面具體實施例相同之性能，包含一能夠經 由介面12與一外部處理單元1〇、譬如一手持式電腦、 PDA、或其他無線傳輸裝置通訊連絡之具體實施例。再者 1375025 ，當然包含一內建之處理單元（未顯示出）的具體實施例 可同樣被使用。 舉例說明，且非藉以限制，該光源6係定位緊接該可 拆開測試元件2之邊緣，以致由該光源所發射之入射光波 21撞擊該測試元件之邊緣23,在此來自該光源之未對準 及未聚焦光束在多個不同角度下撞擊該測試元件，如在圖 1最佳顯示者。其已熟知該測試元件之一臨界角可由該基 Q 板之折射率（n2 )及空氣之折射率（n!)經過方程式 G^sirT1 ( h/m )所計算，在此θς爲該臨界角。現在參照 圖3，一發散光束21在大約45度被引向該測試元件之邊 緣。既然該光束21係未聚焦及未對準，部份入射光子21 在大於該臨界角之角度撞擊該測試元件2，而其他入射光 子在少於該臨界角之角度撞擊該測試元件。於該光子21 之入射角度係大於該臨界角Θ。之情況中，該光束將在該 膜-空氣之介面完全地被反射。此現象被稱爲全反射。在 〇 另—方面’如果該光束21之入射角度係少於Θ。，該入射 光束將在該膜-空氣之介面局部被反射。此現象被稱爲局 部反射。 在全反射之情況中，雖然該光束21的一部份將在該 測試元件之膜-空氣介面完全被反射，該反射光能的一部 份能貫穿進入該膜及再次進入該基板，好像其已經平行於 該介面前進一段短距離。此能量被稱爲迅速衰減場或迅速 衰減波2 0Ε’如圖3所示。因爲一反應膜塗層18已被固 定於該測試元件之表面上，該迅速衰減波20Ε的一部份將 1375025 在該基板-膜介面被該膜塗層18所吸收（衰減）。此現象 被稱爲衰減全反射（ATR )。在局部反射之情況中，該入 射光束21之局部反射光子係同樣能夠形成一迅速衰減波 20E，且變得由該膜塗層所吸收，而該剩餘未反射之光子 可失去進入該周圍之環境。此現象被稱爲衰減局部反射（ APR)。爲了增加APR之有效性，一反射塗層19可被固 定於該測試元件之一端部上，由此已貫穿進入該測試元件 之本體的未反射之入射光線20可反射頂抗該反射塗層19 Q 及回頭散射經過該測試元件。因此，這些內部反射光子 20之一部份係設有另一機會、或“第二次機會”，以形 成一迅速衰減波及在該測試元件之表面與該膜塗層18起 反應。因此，既然本發明包含來自ATR及APR之零組件 ，其可能的是改善該入射光束21之效率，而不需昂貴之 光學裝置或耦接需求，藉以提供優於熟知ATR系統之優 點。 再次參照圖3，當該迅速衰減光波20E沿著該測試元 G 件之表面傳播時，這些迅速衰減光子的一部份能夠與該反 應膜18中所包含之分子互相作用。此相互作用造成該迅 速衰減光子的一部份變得由該反應膜之分子結構所吸收。 因此，幸運到足以避免變得由該反應膜18所吸收、及不 會以別的方式失去至該環境之光子22將由該測試元件被 傳送，在此它們最後可藉由該光電偵測器8所偵測。既然 最後由該測試元件所傳送之光子22之數目視該入射光束 2 1之吸收度水準而定，其可能的是利用由該光電偵測器 -17- !375〇25 所產生之電信號，以指示該反應膜之吸收百分比。一旦該 最後光線反應之相對強度係與習知參考資料做比較，其可 能的是偵測及決定該樣本物質之被分析物濃度。 如上所述，當電源開關9係作動及光束20被投射於 該測試元件上時，該光電偵測器接收來自該測試元件之雙 光線反應22。此反應曲線係圖示地顯示於圖5中。在此 ，線100代表在該測試元件係暴露於該樣本被分析物之前 〇 ，該膜塗層之雙光線反應，且線200代表在該測試元件已 暴露至該樣本被分析物之後，該膜塗層之雙光線反應。Α0 代表該膜塗層單單在波長λ2之吸收位準。在八,之第一波 峰代表該內部參考染料於暴露之前在波長λ,之吸收位準， 且八2代表該內部參考在已暴露之後的吸收位準。Α2 之値將是相同的，如果該測試元件之光學及機械性質於該 暴露期間沒有改變。在Α3之波峰代表在該測試元件已暴 露於該樣本被分析物之後，該膜塗層在波長λ2之吸收位準 Ο 。如果其已知該樣本物質依該樣本中所呈現物質濃度之比 例而吸收光線，其能顯示該吸收位準Α3及Α〇間之差値係 與該樣本物質之被分析物濃度成正比。藉由集中在λ,考慮 該內部參考之吸收度位準（八,及Α2)，其可能的是根據 該通用公式校準該試劑膜塗層之吸收度位準： (1) Α 巳校正= Α3-Α〇+(Αι-Α2)， 在此A 代表該試劑膜塗層之歸一化的吸收度位 準。當然很多可替代之程序、諸如比較在該曲線下方之波 峰至波峰的比率或面積亦可被用於歸一化該反應曲線。 -18- 1375025 爲了計算吸收度，在塗敷一試劑膜之前，必需得知該 測試元件在及λ2之間隔信號輸出。當沒有該聚合物膜 之一測試元件被載入時，該信號感測器反應能藉由測量該 ' 光電二極體信號所獲得。該間隔反應可被儲存於該處理器

中。在以下之章節中將變得清楚的是該最後之結果A $係與該間隔反應無關。得知該間隔反應允許該測試元件 在暴露之前的吸收位準被表示成吸收度單位，而非由該光

φ 電二極體所測量之伏特或安培。 G 於操作之一較佳模式中，該聚合物塗敷之測試元件2 係藉由固定機構44可拆離地安裝至該轉接器4。如上所 述’固定機構44於一可適當地再現之位置相對該光源及 光偵測器對齊與定位該測試元件。該入射光線角度及測試 元.件相對該光源及光偵測器之嚴格控制係不需要。爲了補 償可變之照明狀態，一旦在該樣本測試位址，該操作員作 動該光源，以由該經塗敷之測試元件記錄該對應之反射強 # 度。於此步驟期間所測量之光線反應光譜被稱爲基線強度 G 〇 在建立該基線強度反應之後，該操作員繼續進行至將 該經塗敷之測試元件暴露於該化學或生物樣本物質持續一 段給定之時期’譬如1-3分鐘，視該膜塗層之散射性而定 。其次’該操作員由該樣本移去該測試元件，且過量之液 體樣本係允許向下流動或離開該測試元件。此步驟可能花 〇-5分鐘。在此時期之後，該操作員再次作動該光源，以 由該樣本已暴露之測試元件記錄該對應之反射強度。於此 -19- 1375025 步驟期間所測量之光線反應被稱爲樣本強度。 繼續上面之分析，代表該間隔、基線、樣本及內部參 考反應強度之累積資料被處理及與習知化學參考資料相結 合，該參考資料對應於一特別被分析物在檢查下之預期光 譜反應。如在下面實例1-5中所更詳細地顯示及討論者， 藉由比較在該測試元件係暴露於該被分析物之後的光線反 應強度與該測試元件係暴露於該被分析物之前的光線反應 Q 強度，其係可能測量該樣本物質之被分析物濃度。 上述系統顯示以傳統光學裝置所進行之光度測量。由 於藉由本發明所利用之多角度散射感應吸收度測量技術的 結果，比起以傳統之透射測量技術對於這些膜所可能達成 者，其可能的是對於具有較高敏感性之膜達成精確、可再 現之吸收度量測。這是因爲傳統之透射吸收度測量技術之 特徵可爲“一次通過”：亦即於傳統之透射技術中，入射 光子在檢查下“一次通過”該物質，並當它們以最小之折 〇 射作用及散射傳播經過該基板時，允許該光子有單次機會 與該測試元件起反應。對比之下，如最佳在圖3中所顯示 者，本發明利用一多角度散射方式，由此入射光子21在 該測試元件內側散射及反射頂抗該反射塗層1 9，藉以允 許該入射光子之一部份具有“多次通過 該測試兀件。此 多角度散射方式增加該迅速衰減光子2〇E最後將與該基板 表面上之膜塗層起反應的可能性。如此，如果一入射光子 在其最初之通過時無法在該基板之表面消散，在此有一高 度可能性是相同之光子將在該測試元件內側散射，且最後 -20- 1375025 反射回去朝向該基板之表面，因此對此光子提供另一機會 ，以消散在該基板之表面及最後變得由該膜塗層所吸收。 ' 因此，其可能比起習知之透射比技術對於一給定之光線能 - 量達成吸收情況之一較大比例，藉以增加該入射光線之相 對吸收度百分比，及改善該感測裝置之最後敏感性。 重要的是注意該相同主要零組件之很多架構能達成與 上面具體實施例相同之性能。譬如，本發明之另一具體實 φ 施例係.說明性地顯示在圖2中。在此，已顯示一包含分離 C 區域3及感測區域5之多段光學測試元件2A。該分離區 域藉由吸收散射之光線用作該等感測區域間之阻擋層，而 該散射之光線可在數個感測區域變得被反射，藉以減少該 等感測區域間之交互作用雜訊。每一感測區域利用一包含 其自身之內部化學性質的獨立反應膜塗層。由該樣本溶液 中之一特別感興趣的被分析物，這些反應膜塗層之每一塗 層及其所附之化學性質係有效地提供一獨立之雙光線（光 Φ 譜）反應。因此，多個被分析物可同時在單一測試元件上 G 測試。再者，用於改善之分離作用，其已發現該分離區域 3可被穿孔，藉以增加該測試元件之有效性。 爲了有利於該多段測試元件之操作，其考慮到一對獨 立之光源及光偵測器能被提供用於每一獨立之感測區域’ 藉此每一對光源及偵測器係能夠由該數個感測區域之每一 區域產生一適當之雙光線反應。可替代的是，單一光源及 光偵測器可被架構成由每一獨立之感測區域產生及偵測一 合適之雙光線（光譜）反應。在此情況中’由該數個感測 -21 - 1375025 區域之每一區域所產生之獨立電信號能以該技藝中所習知 之方式藉由處理單元ίο組合及多路傳輸，以用單一個可 棄式測試元件偵測及量化多個被分析物》 圖4敘述一裝置，以利於該多段測試元件。此裝置具 有與圖1所示系統相同之基本零組件。圖4之示範具體實 施例包含數對能被安裝在轉接器4A之雙邊上的光源6及 光偵測器8。該多段測試元件2A係安裝至該固定機構44 〇 上。在此，該固定機構44係附接至小型運動滑座66之一 可移動機台。該運動滑座允許該測試元件收回該轉接器內 側，且具有對齊該測試元件與該等用於吸收度量測之光源 /光偵測器對的作用。合適之電子機構77係提供用於控 制該裝置，以致由該光偵測器所產生之電輸出信號可被處 理及電子式地儲存。 本發明亦考慮額外感測器之利用率，該等感測器可被 用於提供關於該周圍之大氣狀態的資訊，諸如溫度（譬如 0 ，使用一電熱調節器）、相對溼氣（譬如，使用一電容式 溼氣感測器）、及大氣壓力（譬如，使用一MEMS壓力 感測器），且該等感測器係該技藝中所熟知者。 於另一具體實施例中，該化學感測器系統考慮一動態 圖案認知系統，用以改善該感測器列陣之功能性及定量能 力。該感測器列陣之功能性係藉由具有指示該感測器之所 需環境暴露的終止之機構所改善。譬如，該感測器係浸入 一水樣本，直至一警報（譬如，一嗶嗶聲）指示該感測器 係準備縮回及係準備提供定量資訊。此系統之有效運作原 -22- 1375025 理係根據該感測器反應之動態信號分析的使用。特別地是 ，當該樣本與該感測器起反應時，本發明之感測器能於一 ' 指定時段期間藉由追蹤該不可逆感測器化學性質之反應的 - 變化率收集動態資料，以便量化濃度水準。如此，當在縮 回之後測量該信號時，比起僅只暴露於一樣本及進一步縮 回之感測器，我們的感測器係更富含資訊。能對於習知參 數分析該收集之動態資料，諸如信號於暴露期間之最初、 Φ 中間、及最終斜率。這些動態參數能被用於指示何時抵達 f 一穩定狀態反應。如果在一適當之時期中不能抵達該穩定 狀態，該動態參數能被用於量化該被分析物之濃度。另外 ，該化學感測器反應之斜率可比該平衡終點更靈敏，且導 致用於在此所敘述之感測器系統的增加之敏感性。 於又另一具體實施例中，該感測器具有額外之警報訊 號，其在該感測器由該樣本縮回之後指示分析達成之時間 。此資料係由不同之感測器區域藉由不同之信號回復比率 Φ 所提供，該等信號回復比率係視該感測器化學性質、可逆 G 性、及周圍之大氣狀態而定。如熟練之工匠將了解者，很 多合適之電子、積體電路及/或微處理器機構可被架構， 以提供前述之感測器及計時器警報特色，俾能獲得上述所 考慮具體實施例之動態感測器反應的資料收集。於圖15 所示具體實施例中，一 Visual Basic®電腦程式被開發， 以提供該計時器及警報特色及控制與讀取該感測器系統。 其已熟知的是該可逆的化學感測器通常遭受不佳之反 應選擇性，且這主要是由於來自非特定之信號變化的干擾 -23- 1375025 或雜訊。因此’化學性質認知之選擇性能以不可逆、可棄 式感測器所改善。不可逆的感測器化學性質通常於該反應 物及感興趣之化學種類之間提供較強及更具選擇性之相互 作用，且這大致上被視爲由不可逆之感測器化學性質所建 立的諸優點之一。然而’如果對改善該感測器之動態範圍 或減少化學干擾係有利的’其可能想要的是使用數個包含 不同試劑之感測器區域、或互補之感測器元件分析單一被 Q 分析物，該等互補之感'測器元件彼此結合以增強該整個系 統之反應。儘管與可逆試劑有關之習知缺點，一感測器能 於多試劑偵測方案中包含一可逆之試劑，以改善該整個感 測器反應。一可逆及不可逆平臺之此種組合可建立一具有 增強能力之系統。標準之酸鹼値（pH )指示劑係化學品 之一實例，其一般用於可逆的感測器，而以下實例中所敘 述之氯試劑係一不可逆化學性質之實例。當作一非限制之 實例，組合一可逆的pH値感測器與一不可逆的氯感測器 〇 將使其可能進一步界定存在於該樣本中之其他含氯種類β 現在參考以下之實例，其已發現於該測試元件及視覺 零組件之耦接及定位需求中，如與此等耦接及定位需求之 嚴格或絕對必要的控制相反，如果根據以下之方程式使用 一內部基準吸收度標準，一適度或適當之控制係有效的， 以達成精確及可再現之吸收度結果： (2) Α 巳校正= A3-A〇+ ( Α1-Α2) 其中，Α εβ3Ε=該試劑膜塗層之經歸一化的吸收度位準 -24- 1375025 八3=在該測試元件暴露於該樣本被分析物之後，該膜塗 層在波長λ2之吸收位準， Α〇 =該膜塗層單獨在波長λ2之吸收位準， ' Al=在暴露之前’該內部參考染料在波長λ !之吸收位 準，及

Af在暴露之後，該內部參考染料之吸收位準。 然而’其已認知利用單一內部吸收度標準不會移除由 φ 膜或基板品質及該測試元件相對該入射光束之對齊中之變 化所造成的所有錯誤。這是因爲每一錯誤之光源在不同波 長之吸收帶上具有一不同之效果。譬如，既然該光程長度 係視波長而定，藉由該入射角中之變化所造成吸收度中之 變化係波長之一功能、不是化學性質。如此，其已認知在 本發明中如果測量整個光譜，使用一具有超過內部標準之 參考系統能增加準確性，或藉由使用單一標準吸收帶之光 譜形狀。但其重要的是注意一適當高階之可再現量測已藉 • 由利用單一內部吸收標準，並結合一於該可棄式測試條及 轉接器間之適度或適當機械控制耦接所達成，如藉由以下 之實例所示範者。 實例1 —漁夫牌之四邊緣、透明載玻片（尺寸3”χ1”χ〇.41” ，漁夫目錄編號1 2-549 )被以一白漆筆（Uni®Paint ΡΧ-20)上漆，如在圖14所示。接近一端部之區域係亦以白 漆筆上漆。LED及光電管之配置係顯示在圖14中。該光 1375025 源係一5毫米、3000mcd紅色LED，並具有660奈米之波 峰發射波長及一可用來自 RadioShack®之 12度視角。以 —永久性、細針尖Sharpie®奇異筆所造成之藍線之不同 濃度的吸收度位準係顯示在圖6中。在此，於該最初之時 間間隔0-22秒期間，光線係投射於一空白（無藍色標記 )之載玻片上。如所期待者，在線50所示之對應吸收度 位準係大約零。在大約22秒之後，單一藍線係在該載玻 Q 片上造成，且該對應吸收度位準如所示增加至線5 1。在 大約34秒之後，第二藍線係在該第一藍線之頂部造成， 以增加該載玻片上之藍色標記的濃度。如所期待，該對應 吸收度位準增加至線52。相同地，在大約45秒之後，第 三藍線被加上，以進一步增加該載玻片上之藍色標記的濃 度。又如所期待者，該對應吸收度位準增加至線53。其 已熟知的是用於此測量之吸收度被界定爲： (3 ) A = log〔（用於一透明載玻片之光電管輸出-在 〇 黑暗時之輸出）/(用於藍線之輸出-在黑暗時之輸出） )： 在此在黑暗時之輸出係該偵測器當該光源被關掉時之 穩態反應。 此實例示範該光度量測可在一很簡單之方式下進行。 然而，很多設計可由此簡單之裝配製成。譬如，干擾過濾 膜能夠塗敷在面對該光偵測器之區域中或混合進入該反射 漆，以致能測量用於一給定吸收帶之吸收度。圖2說明這 些設計之一。 -26- 1375025 實例2 ’ 於此第二實例中，製成一3.7，、0.49”<0.21，’聚碳酸酯 • 反射元件。該聚碳酸酯元件之一端部係斜截至一大約等於 5 1度之角度。用於此實例中所使用之吸收度測量的測試 元件架構係顯示在圖7中。在此，一海洋光學（〇cean Optics) P400-2之六光學纖維束係用於由一海洋光學鎢絲 φ 鹵燈提供該入射光。一R400-7海洋光學反射探測器係用 C 於收集至一海洋光學USB2000分光計之反射光。在一包 含四甲基聯苯胺（TMB )之聚甲基丙烯酸二羥基乙酯（ PHEMA )膜被浸入塗敷於該聚碳酸酯元件之一側面上之 前，一用於所有波長之具有零吸收度的間隔光譜被建立。 在該TMB膜被塗敷之後，該聚碳酸酯元件被放回至如圖 7所示架構。在此，一基線光譜係首先記錄。其次，一 〇.〇6毫升、百萬分之0.1的次氯酸鈉溶液係小心地散佈至 φ 在該TMB膜上方覆蓋一3毫米M2毫米區域。在該TMB 膜上停留1分鐘之後，次氯酸鈉溶液係以一紙巾之輔助被 小心地移去。在該次氯酸鈉溶液係以圓點裝飾在該TMB 膜上之後4分鐘測量該樣本光譜。該樣本光譜110及基線 光譜120兩者被顯示在圖8中。 實例3 來自實例2之相同海洋光學分光計系統被用於此實例 中。一顯微鏡滑動夾具緊緊地控制該載玻片之位置。該入 -27- 1375025 射光學纖維探測器在相對該載玻片平面之約略45度角下 被引導至該載玻片之一側面。大約該入射光線之一半照明 該載玻片下邊之白紙，且另一半照明該載玻片之一邊緣。 該偵測探測器亦在大約45度角，且調整由該探測器至該 滑座之距離，以致光線數量不會使該分光計飽和。 一包含小量紅染料之聚甲基丙烯酸二羥基乙酯膜係自 一永久之紅色Sharpie®奇異筆復原。紅色染料之溶液係 Q 以由磁性攪拌器所修改之旋轉塗佈機自旋塗敷在實例1中 之載玻片上，其不具有速度控制或讀出的資訊。不控制該 旋轉塗佈機加速度、該最後之旋轉速度、及自旋期間。該 紅染料係用作該內部吸收度標準。其具有一集中在入 max = 535奈米之吸收帶；這不會將該TMB反應之吸收帶反 應重疊至氯（藍色反應產物，；I max = 670奈米）。 在該等滑座浸入次氯酸鈉溶液之前，一用於該TMB 之基線光譜被測量。在浸入次氯酸鈉溶液9 0秒之後，該 〇 載玻片被移去及保持在一垂直位置達2分鐘，以致該載玻 片表面上之溶液能向下流。在此，於由次氯酸鈉溶液移去 該載玻片之後150秒記錄該樣本光譜。 合計11個滑座係根據上面之程序用於在次氯酸鈉溶 液之三種不同濃度水準下測量該吸收度値。滑座1 -4係獨 立地浸入百萬分之0.10的溶液中，滑座5-7係獨立地浸 入百萬分之〇·25的溶液中，且滑座8-11係獨立地浸入百 萬分之0.50的溶液中。於參考校正之前及之後，在λ = 65 0奈米之吸收度値被列出於下面表1中。在已根據方 1375025 程式1施行參考校正之後，其重要的是注意用於每一濃度 水準之標準偏差係顯著地減少。

表1 :於參考校正之前及之後的吸收度値。 校正之前 校正之後 次氯酸鈉 滑座 吸收度 平均標準 吸收度 平均標準 /ppm 編號 偏差+/- 偏差+/- 0.1 ppm 1 0.047 0.041±0.015 0.057 0.053±0.004 2 0.057 0.049 3 0.021 0.05 1 4 0.03 8 0.056 0.2 5 ppm 5 0.168 0.1 51±0.015 0.095 0 1 00±0.008 6 0.146 0.096 7 0.140 0.109 0.05ppm 8 0.206 0.1 88±0.018 0.181 0.1 79±0.003 9 0.192 0.181 10 0.163 0.175

C

C 來自滑座8-11之四光譜及其對應基線光譜係呈現在 圖9中。 根據方程式1在參考校正之後的所有11個光譜被顯 示在圖10中。圖10圖型地示範根據該內部吸收度標準歸 一化該等結果，如由方程式1所敘述，減少錯誤及確認表 1中所列出之結果。 -29- 1375025 圖11顯示一校準曲線，其如在該技藝中所習知者確 認吸收度位準及濃度位準間之線性關係。 於此實例中所獲得之結果可引出數個結論： 1 ·單單適當之位置控制不會確保用於低吸收度量測所 需之準確性。 2. 使用一內部吸收度標準，以根據方程式1校正光譜 可減少由實驗參數中之變化所造成的錯誤，諸如載玻片尺 〇 寸、膜品質、及入射光束角度。 3. 多角度散射感應之吸收度係比透射吸收度更靈敏。 與在；I =5 35奈米（0.014)之透射吸收度値比較，於吸收 度中之10倍增加係以本發明之多角度散射感應架構所達 成。其重要的是注意該甚至較大之增加可被期待具有較長 之波長。 實例4 〇 與實例3中所使用之膜作比較，此實例中所使用之膜 包含該內部參考染料之一稍微降低濃度。這些膜係藉由實 例3中所使用之相同程序所製備，但係於一不同批次中所 產生。相同地，該實驗裝置係與實例3中所使用者相同， 除了僅只藉由相對以Sharpie®奇異筆所畫之二垂直線對 齊該滑座鬆弛地控制該滑座位置以外。 在參考校正之前及之後，該光譜反應隨同基線光譜反 應被分別顯示在圖12及13中。其明顯的是源自沒有維持 該載玻片位置之適當控制的量測導致錯誤之一較大容許邊 -30- 1375025 際，儘管來自該內部吸收度標準之參考校正。雖然如此， 其重要的是注意在650奈米之吸收度値0.177、0.185及 • 0.209與由實例3所獲得之0· 1 79±0.003平均値極爲一致 ，即使該滑座位置未被緊緊地控制及該等膜係以不同批次 製備及來自一不同之聚合物溶液。此一致性係重要的，特 別是由於本發明之一目的；亦即，經由一可棄式測試元件 提供用於被分析物濃度之定量決定，而沒有一額外之校準 $ 步驟。 c 實例5 感測器結構 用於實例5之一示範手持式感測器系統的槪要圖係顯 示在圖15中。在此，該基本之感測單元150係顯示連接 至數位匯流排開關1 5 2 (德州儀器，SN74CBTLV)及電腦 151 (戴爾Axiom 口袋型電腦，其配備有Dataq CF2、C-φ Cubed有限資料探測卡）。該數位匯流排開關1 52係用於 允許該電腦打開及關閉該LED 6，而提供直流電至該光電 二極體 8，且允許讀取來自該光電二極體之輸出。—

Visual Basic®腦程式被開發，以控制及讀取該感測器系統 〇 用於實例5之一示範感測單元1 5 0的透視圖係顯示在 圖1 6。在此，該感測單元1 5 0能被敘述爲包含三個副組 件：部件A ;部件B ;及部件C之一組合。 部件A包含元件160、161及162 »部件B包含元件 -31 - 1375025 6、8、163及164。部件C包含元件18、19及167。 於製成部件A中，1/2吋臨時管對管轉接器’ 161之螺 紋部份被移去，且一1/4吋壓縮裝配螺帽162被膠黏至該 已修改轉接器161之面上。一 4吋長、1/2外徑之不銹鋼 管160係插入該已修改轉接器之橡膠〇形環/壓縮配件 1 6 1 C上，以提供一不透光之隔間。 於製成部件B中，1/4吋管對管壓縮配件163之公部 Q 件被移去，且在一側面上被塗黑之聚碳酸酯薄片164係以 環氧基樹脂黏膠固定至該已修改配件，以致該已修改配件 之開口係如圖16中最佳顯示地分開。5毫米之雙色LED 6 (LC LED N5 00TGR4D)被膠黏至該聚碳酸酯薄片上。該 LED6之焦點路徑大約平行於該配件163之垂直中心。一 光電二極體8(Toas TSR257 )被附接至該聚碳酸酯薄片 之另一邊，以致該光電二極體之收集透鏡係以大約45度 之角度由該配件之軸心偏置，如於圖16所示。在上面之 〇 結構之後，該LED及光電二極體被密封在1吋直徑之聚 氯乙烯管內側（於圖16中未示出）。 於製成部件C中，一丙烯酸桿棒（0.25吋直徑及 3.20吋長）167被塗敷以包含對氯靈敏之試劑18的聚甲 基丙烯酸二羥基乙酯膜，如於實例3中所使用者。該桿棒 之端部區段係以反射之白漆1 9塗上。 測量程序 用於實例’5之測量程序包含以下之步驟： -32- 1375025 1. (a)將該丙烯酸桿棒167(部件C)載入該壓縮裝 配組件（部件A及B) ’及將該不銹鋼管160放入該臨時 之管對管轉接器161; (b)按觸該口袋型電腦螢幕上之 按鈕；（c)該Visual Basic®電腦程式相繼打開該綠光（ 525奈米）及紅光（630奈米），且由該光電二極體取得 個別之讀數（Go及R〇 )，而該綠光及紅光被打開。

C 2. (a)由該轉接器161移去該不銹鋼管160，及將該 桿棒167浸入一樣本溶液達60秒；（b)由該溶液拉出該 桿棒，及以一合適之吸水紙移去剩餘之溶液；（c)讓該 桿棒在空氣中乾燥達二分鐘之久。 3. (a)將該不銹鋼管160放回至該轉接器161上； (b)按觸該口袋型電腦螢幕上之適當按鈕，以由該光電 二極體讀取個別之輸出G及R。注意該綠光及紅光被連續 地打開。 4 .以方程式2計算吸收度。

A = log ( R〇/R) -log ( G〇/G) ( 2) 注意該方程式2係數學上等同於方程式1。來自這些 量測之結果被列出在表2中及於圖1 7中如一校準曲線畫 出。 -33- 1375025 表2 :實例5之結果 次氯酸鈉/ppm R〇/V G〇/V R/V G/V 吸收度 0.00 1 .873 1.762 1.852 1.780 0.009 0.00 1.937 1.829 1.895 1.835 0.0 11 0.00 2.055 1.941 2.002 1.944 0.0 12 0.096 1.960 1.867 1.891 1.864 0.0 15 0.096 2.079 1.965 1.939 1.928 0.022 0.096 1.946 1.847 1.808 1.802 0.02 1 0.20 1.988 1.843 1.835 1.809 0.029 0.20 1.916 1.835 1.8 16 1.827 0.022 0.20 1.936 1.846 1.805 1.824 0.025 0.49 1.964 1.847 1.732 1.805 0.045 0.49 1.995 1.875 1.756 1.831 0.045 0.49 1.855 1.780 1.646 1.752 0.045 0.97 1.926 1 .806 1.556 1.743 0.077 0.97 1.979 1.871 1.615 1.808 0.074 0.97 1.936 1.852 1.525 1 .772 0.084 1 .99 1.901 1.805 1.360 1.695 0.118 1.99 1.957 1.868 1.340 1.754 0.137 1.99 1.899 1.806 本 氺 0.136

*資料已失去。 -34- 1375025 雖然上面之說明書已計畫包含實現本發明之最佳模式 ’如由該專利法規所需要者，本發明不限於該說明書中所 提出之最佳模式或其他特定之具體實施例。本發明之範圍 係僅只藉由應用於申請專利範圍之字義上及同等結構所判 斷。 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明一具體實施例之手持式感測器系統 的透視圖； 圖2係根據本發明之可替代具體實施例的多段可棄 式光學元件之前面視圖； 圖3係根據本發明一具體實施例之可棄式測試元件的 透視圖； 圖4係根據本發明一具體實施例之手持式感測器系統 的透視圖，並使用一多段測試元件； 圖5係來自單一被分析物之雙波長反應的實例； 圖6係一系列吸收位準之實例，其由不同濃度之墨水 對光線之暴露顯示光譜反應中之一變化； 圖7係根據藉由本發明所呈現之一實例的另一測量架 構的透視圖； 圖8係以一聚碳酸酯反射元件所獲得之基線光譜及樣 本光譜的實例； 圖9係一在參考校正之前用於百萬分之〇.5次氯酸鈉 (NaOCl )的樣本光譜之實例，且由此緊緊地控制該光學 1375025 元件位置； 圖丨〇係一在參考校正之後用於百萬分之0.5次氯酸 鈉的樣本光譜之實例，且由此緊緊地控制光學元件位置； 圖π係一用於表1中所列出之參考校正吸收度的校 準曲線之實例； 圖係一在參考校正之前用於百萬分之0.5次氯酸 _的樣本光譜之實例，且由此未緊緊地控制光學元件位置 » 圖13係一在參考校正之後用於百萬分之0.5次氯酸 %的樣本光譜之實例，且由此未緊緊地控制光學元件位置 圖14係用於實例1之測量架構的一槪要敘述； 圖1 5係用於實例5之手持式感測器系統的一槪要敘 述： 圖1 6係用於實例5之手持式感測器系統的一透視圖

;及 圖1 7係以實例5中所敘述的手持式.感測器所獲得之 〜校準曲線。 【主要元件符號說明】 2 測試元件 2A 測試元件 3 分離區域 4 轉接器 -36- 1375025

4A 轉接器 5 信號轉換器 6 光源 7 電池 8 光偵測器 9 電源開關 10 處理單元 12 介面 14 電線 18 塗層 19 塗層 20 入射光線 20E 迅速衰減之波 2 1 光能 22 光能 23 邊緣 44 固定機構 66 滑座 77 電子機構 1 10 樣本光譜 120 基線光譜 150 感測單元 15 1 電腦 152 開關 c c -37- 1375025 160 元件 16 1 元件 1 6 1 C 配件 162 元件 163 元件 164 元件 167 元件 Ο · 〇

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Claims (1)

1375025 十、申請專利範圍 1. 一種用以測量化學或生物物質之被分析物濃度的系 ' 統，該系統包含： - a.安裝轉接器； b. 測試元件，係可拆離地安裝於該轉接器，該測試 元件具有波傳播表面； c. 試劑膜，被固定在該測試元件的該波傳播表面上 Φ ，該試劑膜包含具有恆定的光譜反應之至少一內部參考標 c 準： d. 至少一光源，係附接至該轉接器，該光源能夠發 射發散光束，且該發散光束的一部份以大於該波傳播表面 之臨界角的反射角而撞擊於該波傳播表面上，該光束有效 地刺激來自該測試元件及來自該試劑膜之雙重光線反應， 該雙重光線反應需要僅一個波傳播表面； e. 至少一光偵測器，係附接至該轉接器，該光偵測 • 器能夠偵測該雙重光線反應，並且產生指示該雙重光線反 G 應之電子信號反應；及 f·電子電路機構，用以處理、儲存及傳送該電子信 號反應，並且控制該光源。 2.如申請專利範圍第1項之系統，另包含集成時鐘機 構’藉以於指定之時段期間能夠收集來自該雙重光線反應 的動態資料。 3 如申請專利範圍第2項之系統，另包含用以指示該 時段之集成警報機構 -39- 1375025 4.如申請專利範圍第2項之系統，其中，該測試元件 爲包含多個分離區域及感測區域之多段測試元件。 5 .如申請專利範圍第4項之系統，其中’該多段測試 元件爲有穿孔之多段測試元件。 6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中，該多段測試 元件具有數目從2至500個之感測區域。 7. 如申請專利範圍第6項之系統，其中，該等感測區 Q 域爲不可逆的。 8. 如申請專利範圍第6項之系統，其中，該等感測區 域爲部分可逆、部分不可逆的。 0 9.—種用以測量化學或生物物質之被分析物濃度的方 法，該方法包含步驟： a. 提供具有至少一內部參考標準之試劑膜； b. 使該試劑膜層固定於測試元件的波傳播表面上， 藉以提供塗敷有膜之測試元件； 〇 c.將光能發射至該塗敷有膜之測試元件上，其中， 該光能在該塗敷有膜之測試元件內經歷內部反射及多重角 度散射，該光能有效地刺激來自該塗敷有膜之測試元件的 雙重參考光線反應，該雙重參考光線反應需要僅一個波傳 播表面： d.將該塗敷有膜之測試元件暴露於樣本物質達一段 指定的時段，接著從該物質中去除該已暴露之測試元件， 藉以提供樣本測試元件； e·將光能發射至該樣本測試元件上，該光能有效地 -40- 1375025 刺激來自該樣本測試元件之雙重樣本光線反應，該雙重樣 本光線反應需要僅一個波傳播表面； f.收集及處理該參考及樣本光線反應資料，以計算 • 光線吸收反應： g ·利用該光線吸收反應，以偵測及量化該物質中之 被分析物濃度；及 h.根據該偵測及量化而產生指示該被分析物濃度的 I 信號。 c 10. 如申請專利範圍第9項之方法，另包含於指定之 時段期間收集來自該光線吸收反應的動態資料之步驟。 11. 如申請專利範圍第1〇項之方法，另包含分析該動 態資料之步驟，用以決定在該時段期間之該光線吸收反應 的初始斜率、中間斜率、及最終斜率。 12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該光線吸 收反應係藉由歸一化該光線吸收反應來予以錯誤校正。 φ 1 3 ·如申請專利範圍第丨2項之方法，其中，該歸—化 係依據以下公式來予以實施的： A巳校正=八3_八〇+ ( A1-A2) 其中，A eeiiE=該試劑膜塗層之經歸一化的吸收度位準 > A3=在該測試元件暴露於該樣本被分析物之後，該膜塗 層在波長λ2之吸收位準， Α〇 =該膜塗層單獨在波長λ2之吸收位準， Α1=在暴露之前，該內部參考染料在波長λ 1之吸收位 -41 - 1375025 準，及 A2=在暴露之後，該內部參考染料之吸收位準。 14,如申請專利範圍第9項之方法，其中，該經塗敷 之測試元件爲能夠提供多個該光線吸收反應之多段測試元 件，該多個該光線吸收反應被處理及多工化，以便偵測及 量化該物質中之多個被分析物濃度。

〇

〇 -42- 1375025 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為•第（1)圖 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 2 測試元件 4 轉接器 5 信號轉換器 6 光源 7 電池 8 光偵測器 9 電源開關 10 處理單元 12 介面 14 電線 18 塗層 19 塗層 2 1 光能 22 光能 44 固定機構 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：無

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