TWI401431B - 血紅素檢測電極試片及包含其之裝置 - Google Patents

Description

血紅素檢測電極試片及包含其之裝置

本發明係關於一種電化學式檢測電極試片，特別是，關於一種操作簡易、量測精準，可用於居家監控及血庫篩檢之血紅素檢測電極試片及包含其之裝置。

血紅素(hemoglobin)又稱作血色素。血液中的血紅素會與氧氣結合成為氧血紅素(oxyhemoglobin)，當血液輸送到人體內氧氣濃度低的細胞時，氧血紅素會分解為血紅素與氧氣，氧氣會被細胞利用而血紅素則羥血液重新再被輸送回到肺部以與氧氣結合，如此循環不已而完成於體內運輸氧氣的任務。美國食品暨藥物管理局(FDA)設定血紅素的最低捐血標準值為12.5克/分升。當血液中的血紅素過低時，則表示貧血，而血紅素過高時，則為多血症(polycythemia)。

通常，捐血中心對於血液篩檢與捐血者的安全防護均需藉由血紅素檢測系統來把關，其量測方法眾多，包含化學法、氣測法、比重法及比色法等，其中目前最常被使用的檢測方法有二種，第一種是硫酸銅比重法，第二種是血紅素測定儀(如由HemoCue Inc.製造之HemoCue)。硫酸銅比重法是測量全血的比重，而非測量血紅素的比重，然而此法的干擾因素甚多，例如，當高血漿蛋白集中時，會相對地提高全血比重，導致檢測誤差，另外，在試驗後的廢液也會造成潛在的生物污染。而HemoCue屬於小型檢測儀 器，檢測所需的時間較短，但是HemoCue是利用光學的檢測原理，因此，價格較高，對於一般居家照護的使用是一大阻礙。

此外，隨著醫學的進步與現代人對於健康護理的需求，定點照護檢測(point－of－care testing；POCT)的產品日漸普及化。此等檢測系統多趨向於便宜、快速檢測、體積小及方便使用等方向發展。一般而言，此等居家檢測系統以電化學式檢測系統較為價廉。

因此，有鑑於前述已知血紅素檢測系統之缺點，需提供一種價位低廉、操作簡易、量測精準、製程簡便且適用於居家監控及血庫篩檢之電化學式血紅素檢測系統，以滿足在血紅素量測方面之需求。

本發明之主要目的在於提供一種血紅素檢測電極試片，其包含一電絕緣基板；一具導電膜之電極系統，其中該導電膜係塗覆在該電絕緣基板之一面，以形成分離且不相連接之一工作電極與一參考電極；一電絕緣層，其局部覆蓋電極系統，使得未被覆蓋的電極系統形成一電化學反應區及一連接區；及一反應膜層，其至少覆蓋該電化學反應區，且包含電子媒介物及陰離子界面活性劑。

本發明之另一目的在於提供一種血紅素檢測裝置，其包含上述之血紅素檢測電極試片及一電化學感測器。該電化學感測器包含一微處理器、一顯示器、一連接器及一內部記憶體，其中微處理器係依據血紅素檢測電極試片透過連 接器所傳來之電訊號，計算位於電化學反應區上之檢測樣品中的血紅素含量，並將該結果顯示於顯示器上。

本文中所稱之「電絕緣基板」，係指具有平直的表面及電絕緣性質之薄層片。電絕緣基板的材料可為此技藝中任何已知適用於電化學式檢測電極試片之電絕緣基板的材料，例如，但不限於聚氯乙烯(PVC)板、玻璃纖板(FR－4)、聚醚碸(polyether sulfone；PES)、電木板、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)板、聚碳酸酯板、玻璃板或陶瓷板(CEM－1)。

本文中所稱之「電極系統」，係指包括至少二條分離且互不相接觸的導電膜(工作電極及參考電極)。該導電膜之電極系統的材料可為此技藝中任何已知適用於電化學式檢測電極試片之電極系統的材料，其較佳係以網版印刷金屬膜(即網版電極，如美國專利第6,923,894 B2號所揭示)或黏附金屬膜(如美國專利第6,254,736 B1號所揭示)之方式，塗覆於該電絕緣基板之一面。適合之金屬膜材料包括，但不限於金、銀、鉑或鈀，而適合網版印刷之印刷墨包括但不限於，碳墨、金墨、銀墨、碳墨與銀墨的混合物、揮發性石墨、銅墨或以上的組合，如先印銀墨再印碳墨。根據本發明之一具體實施態樣中，其中該網版電極包括一銀墨層及一碳墨層，且該碳墨層覆蓋於該銀墨層上。根據本發明之一具體實施態樣，電極系統係以電絕緣層局部覆蓋，使裸露於電絕緣層外一端之工作電極及參考電極 形成電化學反應區，而另一端形成連接區。該連接區係用於連接一電化學感測器，並傳遞檢測樣品在電化學反應時誘發之電效應。

本文中所稱之「電絕緣層」，係指以具有電絕緣性質之材質所形成且局部覆蓋電極系統之層。電絕緣層的材料可為此技藝中任何已知適用於電化學式檢測電極試片之電絕緣層的材料，例如，但不限於聚醚碸、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯或聚乙烯醇(PVA)。該電絕緣材料係以網印方法塗佈於該電極系統上。根據本發明之一具體實施態樣，電絕緣層具有厚度為約0.01至約0.6毫米。

本文中所稱之「反應膜層」，係指至少覆蓋於電化學反應區上之一薄層，其係由可與檢測樣品進行反應之反應膜層調配物滴加於電化學反應區上所形成。根據本發明之一具體實施態樣，反應膜層調配物包含電子媒介物及陰離子界面活性劑。

本文中所稱之「電子媒介物」，係指可與全血中檢測樣品反應後，本身可由氧化狀態還原成還原狀態之物質。當電子媒介物變成還原狀態時，可藉由施加一外加電壓於試片上，促使電子媒介物由還原狀態逆反應回復為氧化狀態，此時化學反應的電位、電阻、或電流變化，可與反應膜層接觸之工作電極與參考電極傳導至電極系統另一端之接頭。適用於本發明之電子媒介物包括，但不限定為鐵氰化鉀、黃素腺嘌呤雙核苷酸(flavin adenine dinucleotide；FAD)、煙醯胺或煙醯胺腺嘌呤二核酸(nicotinamide adenine dinucleotide；NADH)。電子媒介物之含量為以反應膜層調配物(以重量計)之約3%至約20%，較佳為約3%至約15%，更佳為約3%至約9%。根據本發明之一具體實施態樣，電子媒介物為鐵氰化鉀，而其含量為以反應膜層調配物(以重量計)之約3%至約9%。

本文中所稱之「陰離子界面活性劑」，為加強血紅素與電子媒介物之反應強度之物質，其例如，但不限於十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate)、十二烷基磺酸鈉(sodium dodecyl sulfonate)、去氧膽鹽(desoxycholic acid；DC)或其衍生物。根據本發明之一較佳實施態樣，陰離子界面活性劑為去氧膽鹽或其衍生物，而其含量為反應膜層調配物(以重量計)之約0.5%至約4%，較佳為約1.5%至約4%，更佳為約1.5%至約2.5%。於本發明之另一較佳實施態樣，陰離子界面活性劑為十二烷基硫酸鈉或其衍生物，而其含量為以反應膜層調配物(以重量計)之約0.5%至約2%，較佳為約0.5%至約1%，更佳為約0.5%。於本發明之另一較佳實施態樣，陰離子界面活性劑為十二烷基磺酸鈉或其衍生物，而其含量為以反應膜層調配物(以重量計)之約0.5%至約2%，較佳為約1%至約2%，更佳為約1%。

根據本發明之一較佳實施態樣，反應膜層調配物另包含水溶性高分子載體。該水溶性高分子載體可使電子媒介物乾燥後附著於電絕緣基板上，並加強反應膜層與液態檢測樣品之間的接觸作用之物質。較佳地，該水溶性高分子載體之顆粒粒徑大小約小於100微米，使得水溶性高分子載 體能均勻地分布於反應膜層調配物中而不易沉澱。適用於本發明中之水溶性高分子載體可為此技藝中任何已知適用於電化學式檢測電極試片之水溶性高分子載體，例如，但不限於聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、白明膠、羧甲基纖維素、甲基纖維素或其混合物。根據本發明之一具體實施態樣，水溶性高分子載體之含量為反應膜層調配物(以重量計)之約0.5%至約10%，較佳為約0.5%至約4%，更佳為約0.5%至約2%。

在本發明中，血紅素檢測電極試片可進一步包含至少完全覆蓋反應膜層的一親水性網層或一親水性上蓋或兩者，其係用以加速檢測樣品之吸入速度，使檢測樣品能迅速覆蓋電化學反應區，以減少因檢測樣品吸入速度不一而造成取樣不足之檢測誤差。適用於本發明中之親水性網層的材料可為此技藝中任何已知適用於電化學式檢測電極試片中者，例如，但不限於聚醚碸、尼龍、聚乙烯(PE)或玻璃纖維。適用於本發明中之親水性上蓋的材料可為此技藝中任何已知適用於電化學式檢測電極試片中者，例如，但不限於聚醚碸、聚丙烯、聚氯乙烯或聚乙烯醇。

本發明另提供一種血紅素檢測裝置，其包含上述之血紅素檢測電極試片及一電化學感測器。

在本發明之一具體實施態樣中，電化學感測器包含一微處理器、一顯示器、一連接器及一內部記憶體。其中，連接器係將血紅素檢測電極試片與電化學感測器連結的元件，以將電化學反應區上之反應膜層與檢測樣品進行電化 學反應所產生的電訊號傳遞至微處理器中；微處理器可依據所接收到的電訊號，計算位於電化學反應區上之檢測樣品中的血紅素含量；內部記憶體係用於儲存校正參數、量測反應時間參數或複數組檢測模式，以供微處理器計算使用；而顯示器係用於顯示藉由微處裡器計算所得之血紅素含量。

在本發明之一具體實施態樣中，電化學感測器可另包含一外部記憶體，其係用於儲存校正參數或量測反應時間參數，及配合血紅素檢測電極試片之性質將校正參數或量測反應時間參數輸入電化學感測器之內部記憶體中。在本發明之一較佳實施態樣中，內部記憶體及外部記憶體為電子可抹除可編程唯讀記憶體(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory；EEPROM)。

在本發明中，內部或外部記憶體所儲存之量測反應時間參數包含前置反應時間及電化學反應時間，其中前置反應時間是指樣品於反應層靜置之時間，電化學反應時間是指提供電壓時間。在本發明之具體實施態樣中，前置反應時間係小於約40秒，較佳約5至40秒，更佳約20秒，而電化學反應時間係為約5至20秒，較佳約5至10秒，更佳約5秒。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述並配合圖1與圖2之圖式，其中類似的元件符號代表類似的元件。然以下實施例中所述，僅用以說明本發明，並非用以限制本發明的範圍。

圖1為本發明血紅素檢測電極試片之一具體實施例的結 構示意圖。如圖1所示，血紅素檢測電極試片100係包含一電絕緣基板110、一電極系統120、一電絕緣層130、一反應膜層140及一親水性網層150。

其中，電極系統120至少包含一工作電極122及一參考電極123，且互不相接觸地塗覆於電絕緣基板110之上。電絕緣層130局部覆蓋電極系統120，未覆蓋之部分形成一電化學反應區135及一連接區170，其中電化學反應區135周邊之電絕緣層130部份移除，形成一取樣端(如圖1中箭頭所示處)。反應膜層140係覆蓋於電化學反應區135上，而親水性網層150則係至少完全覆蓋電絕緣層130。

圖2顯示本發明血紅素檢測裝置之一具體實施例的示意圖。如圖2所示，本發明之血紅素量測系統20包含一血紅素檢測電極試片100及一電化學感測器280。

電化學感測器280包含一連接器283、一微處理器284、一顯示器286及一內部記憶體285。電化學感測器280中的微處理器284係藉由連接器283與血紅素檢測電極試片100的連接區170電耦合，藉此傳遞電訊號，以計算位於電化學反應區135上之檢測樣品中血紅素含量，此計算的結果則會顯示於顯示器286上。

此外，電化學感測器280包含一內部記憶體285，其可內建複數組校正參數、量測反應時間參數或檢測模式，並可配合血紅素檢測電極試片100之特性由一外部記憶體(未顯示)由外部輸入複數組校正參數、量測反應時間參數或檢測模式至內部記憶體285中。

以下實施例係用於對本發明作進一步說明，唯非用以限制本發明之範圍。任何熟悉此項技藝之人士可輕易達成之修飾及改變均包括於本案說明書揭示內容及所附申請專利範圍之範圍內。

實施例 實施例1：本發明之血紅素檢測電極試片之製備

根據美國專利第6,923,894 B2號專利之實施例1中所示之方法，將含有聚氯乙烯與聚氨酯之聚合樹脂導電碳漿，以網版印在一PVC電絕緣基板之扁平表面上，以形成由各自分離之一工作電極與一參考電極所組成之電極系統，然後烘乾；隨即在印有該電極系統之同一側，塗佈一電絕緣層，且保留部份裸露的工作電極與參考電極以形成連接區及電化學反應區，然後烘乾。

之後將以下之反應膜層調配物以固定體積方式滴加於電化學反應區上，並乾燥，以形成反應膜層。

接著，於電絕緣層上直接覆蓋一PES親水性網層以將反應膜層覆蓋於其下，以製得血紅素檢測電極試片。

實施例2：比較例

以上述實施例1所製得使用0.5%的十二烷基硫酸鈉、1%的十二烷基磺酸鈉及1.5%去氧膽鹽作為陰離子界面活性劑之血紅素檢測電極試片與習知使用中性界面活性劑(4.0%之Triton X－100)製得之檢測血紅素之電化學試片，以相同的檢測設備檢測及分析全血中血紅素濃度。檢測結果如表1所示：

由表1所示可知，在相同反應時間下，如前置反應時間 為20秒時，本發明所使用之陰離子界面活性劑，其平均變異係數(mCV%)分別為3.32、7.49及6.19，皆較習知技藝之中性界面活性劑的8.23小，表示本發明之血紅素檢測電極試片的精準度較習知技藝之電極試片的精準度佳。

此外，如表1所示，本發明係在去氧膽鹽濃度為1.5%時，於不同的前置反應時間，5秒、10秒、15秒、20秒、25秒、30秒及40秒下，測量不同前置反應時間試驗之平均變異係數分別為4.58、5.34、3.46、3.32、5.32、4.80及6.30。由此可知，在本發明中，為製得具有較佳精準度之血紅素檢測電極試片，前置反應時間較佳為約10至30秒。

實施例3：本發明血紅素檢測電極試片之功效

表2為根據本發明之利用不同去氧膽鹽濃度所製得之檢測電極試片的變異係數比照表。當前置反應時間為20秒時，使用具有不同濃度之血紅素檢測樣品，即12克/分升、15克/分升及18克/分升，並分別利用含0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%以及4.0%去氧膽鹽濃度之試片以進行試驗，結果如表2所示：

由表2所示可知，除0.5%及1.0%去氧膽鹽濃度量測12克/分升之血紅素檢測樣品外，其餘含0.5%至4.0%去氧膽鹽濃度之血紅素檢測電極試片之變異係數均小於習知技藝之變異係數8.23。由此可知，在本發明中，為製得具有較佳精準度之血紅素檢測電極試片，所使用的去氧膽鹽含量較佳為1.5%至4%，最佳為1.5%至2.5%。

據上所述，本發明之血紅素檢測電極試片及包含其之裝置不但製程簡單、成本便宜、操作簡易，更能有效提高習知電化學血紅素檢測試片之量測精準度，適合於居家監控及血庫篩檢之用。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

20‧‧‧血紅素檢測裝置

100‧‧‧血紅素檢測電極試片

110‧‧‧電絕緣基板

120‧‧‧電極系統

122‧‧‧工作電極

123‧‧‧參考電極

130‧‧‧電絕緣層

135‧‧‧電化學反應區

140‧‧‧反應膜層

150‧‧‧親水性網層

170‧‧‧連接區

280‧‧‧電化學感測器

283‧‧‧連接器

284‧‧‧微處理器

285‧‧‧內部記憶體

286‧‧‧顯示器

圖1為本發明血紅素檢測電極試片之一具體實施例的結構示意圖。

圖2顯示本發明血紅素檢測裝置之一具體實施例的示意圖。

100‧‧‧血紅素檢測電極試片

110‧‧‧電絕緣基板

120‧‧‧電極系統

122‧‧‧工作電極

123‧‧‧參考電極

130‧‧‧電絕緣層

135‧‧‧電化學反應區

140‧‧‧反應膜層

150‧‧‧親水性網層

170‧‧‧連接區

Claims (20)

1. 一種血紅素檢測電極試片，其包含：一電絕緣基板；一具導電膜之電極系統，其中該導電膜係塗覆在該電絕緣基板之一面，以形成分離且不相連接之一工作電極與一參考電極；一電絕緣層，其局部覆蓋該電極系統，未被覆蓋的電極系統形成一電化學反應區及一連接區；及一至少局部覆蓋該電化學反應區之反應膜層，其包含電子媒介物及陰離子界面活性劑，其中該陰離子界面活性劑係去氧膽鹽或其衍生物，且該陰離子界面活性劑之含量為反應膜層調配物(以重量計)之1.5%至2.5%。
2. 如請求項1之血紅素檢測電極試片，其中該電子媒介物係選自由鐵氰化鉀、黃素腺嘌呤雙核苷酸(flavin adenine dinucleotide；FAD)、煙醯胺及煙醯胺腺嘌呤二核酸(nicotinamide adenine dinucleotide；NADH)所組成之群。
3. 如請求項1之血紅素檢測電極試片，其中該電子媒介物之含量為反應膜層調配物(以重量計)之3%至20%。
4. 如請求項1之血紅素檢測電極試片，其中該反應膜層另包含水溶性高分子載體。
5. 如請求項4之血紅素檢測電極試片，其中該水溶性高分子載體係選自由聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、白明膠、羧基甲基纖維素、甲基纖維素及其混合物所組成之群。
6. 如請求項4之血紅素檢測電極試片，其中該水溶性高分子載體之含量為反應膜層調配物(以重量計)之0.5%至10%。
7. 如請求項1至6中任一項之血紅素檢測電極試片，其進一步包含一親水性網層或一親水性上蓋，該親水性網層或親水性上蓋至少完全覆蓋該反應膜層。
8. 一種血紅素檢測裝置，其包含如請求項1至7中任一項之血紅素檢測電極試片及一電化學感測器。
9. 如請求項8之血紅素檢測裝置，其中該電化學感測器包含一微處理器、一顯示器、一連接器及一內部記憶體。
10. 如請求項9之血紅素檢測裝置，其中該微處理器係將該血紅素檢測電極試片透過該連接器所傳來之電訊號，計算位於該電化學反應區上之檢測樣品中的血紅素含量，以便顯示於該顯示器上。
11. 如請求項10之血紅素檢測裝置，其中該內部記憶體係用於儲存校正參數或量測反應時間參數。
12. 如請求項11之血紅素檢測裝置，其中該量測反應時間參數包含前置反應時間及電化學反應時間。
13. 如請求項12之血紅素檢測裝置，其中該前置反應時間小於25秒。
14. 如請求項13之血紅素檢測裝置，其中該前置反應時間為5至20秒。
15. 如請求項14之血紅素檢測裝置，其中該前置反應時間為20秒。
16. 如請求項12之血紅素檢測裝置，其中該電化學反應時間為5至20秒。
17. 如請求項16之血紅素檢測裝置，其中該電化學反應時間為5至10秒。
18. 如請求項17之血紅素檢測裝置，其中該電化學反應時間為5秒。
19. 如請求項8之血紅素檢測裝置，其中該電化學感測器另包含一外部記憶體，用來儲存校正參數及將校正參數輸入電化學感測器中。
20. 如請求項19之血紅素檢測裝置，其中該外部記憶體為電子可抹除可編程唯讀記憶體(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory；EEPROM)。