TWI425211B - 電化學測試片及電化學測試方法 - Google Patents

Description

電化學測試片及電化學測試方法

本發明係關於一種電化學測試片及電化學測試方法，尤其關於一種產生一電容及一電容的電信號的電化學測試片及電化學測試方法。

電化學式電化學測試片(Electrochemical Sensor Strip)已成熟地被應用於檢測流體中的各種物質，而其基本原理為利用一化學試劑(Reagent)，使其與一待測流體中之一待分析物產生一電化學作用，以產生一電輸出信號，此電輸出信號與待測流體之待分析物有關。當待測流體為人的血液，而待分析物為血醣時，即可利用一葡萄糖氧化酵素及其他複合物來作為化學試劑。

圖1顯示習知電化學測試片的外觀示意圖。圖2顯示圖1之電化學測試片的分解圖。如圖1及圖2所示，電化學測試片100為一血糖測試片，其包含有電極基板110、流道板120以及頂板130。電極基板110包含一電路佈局112及一基板111，且其係藉由印刷技術於一基板111上印刷電路佈局112所形成，而電路佈局112具有多個電極及電路。流道板120界定出一缺口122，其係由貫穿流道板120之上下表面來形成。為了使血液能夠更順利地流動，可於頂板130之對應流道板120的缺口122的位置處設置一開口135。

製造電化學測試片100時，需要將電極基板110、流道板120以及頂板130貼合在一起。使流道板120位於電極基板110及頂板130之間，且電極基板110、流道板120以及頂板130共同定義出一流道150。流道150的位置對應流道板120的缺口122的位置，且具有一入口125及一開口135。於操作時，使用者將血液滴於入口125處，血液從入口125進入流道150，因毛細現象血液會於流道150中流動，流道150中的氣體則從開口135排出。

電路佈局112包含參考電極11a、工作電極11b與檢測電極11c，其中檢測電極11c與參考電極11a的電壓極性相異；且該檢測電極11c與工作電極11b的電壓極性相異，使得參考電極11a及檢測電極11c形成一電壓差；參考電極11a及工作電極11b形成另一電壓差。該些電極可以使用任何可導電材質，於本實施例可以使用石墨，但本發明不應以此為限。

圖3顯示習知電化學量測裝置之功能方塊圖。電化學量測裝置200包含一兩個電極211及212、一參考電壓源220、一電流電壓轉換電路230、一類比數位轉換電路240、一處理器250及一顯示器260。於一實施例中，還可以更包含一記憶體270。電極211用以電連接參考電極11a，電極212用以電連接工作電極11b及檢測電極11c。參考電壓源220可以為接地端。參考電極11a透過電極211電連接參考電壓源220，工作電極11b及檢測電極11c透過電極212電連接類比數位轉換電路240、電流電壓轉換電路230及處理器250。顯示器260電連接處理器250。記憶體270中可以儲存有多個資料。

圖4顯示待測血液進入流道後的示意圖。如圖4所示，於操作時，使用者將電化學測試片100插入電化學量測裝置200，例如一血糖計，並將血液滴入至入口125，血液會先沿著流道150流過檢測電極11c，再流過工作電極11b，最後再流過參考電極11a。

參考電極11a與檢測電極11c係用以偵測血液量，當血液由檢測電極11c流至參考電極11a時，參考電極11a與檢測電極11c間產生一電壓差，由於血液為導體因此會流生一檢測用電流I，電化學量測裝置200檢測到檢測用電流I後，即可得知血液已流至參考電極11a，並啟動血糖測量程序。於血糖測量程序時，電化學量測裝置200在參考電極11a與工作電極11b間形成一電壓差，藉以測得一電流值，並依據該電流值計算出血液之血糖濃度。

然而，依據習知技術之電化學測試片及電化學測試方法尚存在有更一步改善的空間。

本發明一實施例之目的在於提供一種電化學測試片及電化學測試方法。本發明一實施例之目的在於提供一種產生一電容及一電容的電信號的電化學測試片及電化學測試方法。

依據本發明一實施例，提供一種電化學測試片用以檢測一液體。電化學測試片包含一流道、一第一電極以及一第二電極。流道用以供液體流入於流道中。第一電極及第二電極用以間隔著液體而能形成一電容。

於一實施例中，第一電極位於流道內且用以接觸液體。

於一實施例中，電化學測試片更包含一第三電極，且第三電極位於流道內且用以接觸液體，藉以於第一電極及第三電間透過液體形成一電流信號。

於一實施例中，第二電極的位置對應流道的位置。電化學測試片更包含一絕緣層，絕緣層覆蓋第二電極，藉以使第二電極與液體間隔著絕緣層。

依據本發明一實施例，提供一種電化學測試方法，其利用包含一流道、一第一電極及一第二電極的一電化學測試片、以及耦接電化學測試片的一電化學量測裝置，來測量位於第一電極及第二電極間之一液體。電化學測試方法包含以下步驟。使第一電極與第二電極間產生一電壓差，並測量第一電極與第二電極間的至少一電容的電信號。依據前述至少一電容的電信號決定電化學量測裝置中的一處理程序。

於一實施例中，前述處理程序包含依據前述至少一電容的電信號決定流道中之液體的量。

於一實施例中，前述處理程序包含依據前述至少一電容的電信號計算出液體中的一待測物。

於一實施例中，前述處理程序包含以下步驟。依據前述至少一電容的電信號的一第一電信號，決定流道中之液體的量。判斷流道中的液體的量超過一預定值時，再依據前述至少一電容的電信號的一第二電信號，計算出液體中的一待測物。

依據本發明一實施例，能夠利用空氣及液體的介電常數相異的特性，來量測第一電極與第二電極間的電容的電信號，較能夠精準地檢測出流道內的液體不足的情況。此外於一實施例中，能夠利用液體中之相異的雜質時液體會具有相異介電常數的特性、或者利用液體中之雜質濃度相異時液體亦會具有相異之介電常數相異的特性，來測得液體中的一待測物。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。

本發明一實施例之電化學測試片300可以為一血糖測試片，其包含有電極基板310、流道板120以及頂板130，且電極基板310、流道板120以及頂板130界定出一流道150。流道板120以及頂板130可以參考習知技術的說明，因此以下將省略其相關說明。圖5顯示依本發明一實施例之電化學測試片的透視圖。如圖5所示，電極基板310包含一基板111及形成於基板111的一電路佈局312。電路佈局312包含參考電極31a、工作電極31b與檢測電極31c。參考電極31a及工作電極31b位於流道150內，而檢測電極31c位於流道150外部。當血液進入流道150中時會從工作電極31b流至參考電極31a，並同時接觸工作電極31b及參考電極31a，且血液不接觸於檢測電極31c。

圖6顯示依本發明一實施例之電化學測試片的待測血液進入流道後的示意圖。圖7顯示依本發明一實施例之檢測電極與參考電極間的電壓與時間的關係圖。如圖6所示，檢測電極31c與參考電極31a呈絕緣狀態，當供應一電壓時，檢測電極31c與參考電極31a間會形成一電容，電化學量測裝置200測得檢測電極31c與參考電極31a間的電容的電信號後，即可依據該電容的電信號的變化或值等決定流道150已充滿足夠的血液。當判斷為流道150已充滿足夠的血液時，即可再啟動測量程序。於測量程序時，電化學量測裝置200在參考電極31a與工作電極31b間形成一電壓差，藉以測得一電流值，並依據該電流值計算出血液之血糖濃度。

習知技術是於檢測電極31c與參考電極31a間產生一檢測用電流，並依據該檢測用電流決定流道150是否已充滿足夠的血液。相異於此，於本發明一實施例中，係於檢測電極31c與參考電極31a間產生一電容，並依據該電容決定流道150是否已充滿足夠的血液。其優點將詳述於下。

圖8A為習知技術中在血液不足情況下血液在流道內的分佈示意圖。圖8B為習知技術中在血液不足情況下血液在流道內的分佈示意圖。如圖8A及圖8B所示，由於毛細現象，在血液不足情況下，血液在流道150內流動時，很有可能已有部分的血液已位於參考電極11a與檢測電極11c間，且於流道150內還存在有空隙。在血液不足情況下，依據習知技術，尚能夠量測到檢測電極31c與參考電極31a間所產生的檢測用電流I，並啟動血糖測量程序。然而，由於流道150內的血液不足，電化學量測裝置200所測量到的血糖濃度的誤差亦會過大，而影響到電化學量測裝置200的測量品質。

相異於習知技術，由於空氣及血液的介電常數相異，因此針對血液充足之實施例及血液不充足之實施例，電化學量測裝置200會檢測到相異的電容的電信號，相較於習知技術，較能夠精準地檢測出流道150內的血液不足的情況。

此外，於血液中存在有各種的物質，且該些物質相異時亦會造成血液之介電常數的相異。因此於一實施例中，除了藉由電容的電信號來決定流道中血液是否充足，亦可以藉由一前述電容的電信號來測量一待測物。

圖9顯示依本發明一實施例之電化學測試片的透視圖。如圖9所示，電化學測試片400的電路佈局包含參考電極41a、工作電極41b與檢測電極41c。電化學測試片400更包含有一絕緣層140。參考電極41a、工作電極41b與檢測電極41c分別延伸至流道150內部，且絕緣層140覆蓋於檢測電極41c上。當血液進入流道150中時，血液會經過檢測電極41c上方的絕緣層140且不與檢測電極41c接觸，流過工作電極41b，最後再流至參考電極41a。於測量時，血液同時接觸工作電極41b及參考電極41a，且血液不接觸於檢測電極41c，因此可於工作電極41b及參考電極41a間產生一電流信號，而於檢測電極41c及參考電極41a間產生一電容，並測得前述電容的電信號。

圖10顯示依本發明一實施例之電化學測試方法的流程圖。依本發明一實施例之電化學測試方法，其利用包含多個電極的一電化學測試片300及耦接電化學測試片300的一電化學量測裝置200，來測量位於該些電極(31a、31b及31c)間之一待測血液的血糖濃度。電化學測試方法包含以下步驟。

步驟S02：使檢測電極31c與參考電極31a間產生一電壓差，並測量檢測電極31c與參考電極31a間的至少一電容的電信號。

步驟S04：依據前述至少一電容的電信號決定電化學量測裝置200中的一處理程序。於一實施例中，步驟S04中的處理程序可以為依據前述至少一電容的電信號決定流道150中的血液量。於一實施例中，步驟S04中的處理程序可以為依據前述至少一電容的電信號計算出血液中的一待測物。

於一實施例中，步驟S04中的處理程序可以包含以下步驟。步驟S12：依據前述至少一電容的電信號的一第一電信號決定流道150中的血液量。步驟S14：判斷流道150中的血液量超過一預定值時，再依據前述至少一電容的電信號的一第二電信號計算出血液中的一待測物。

依據本發明一實施例，利用空氣及血液的介電常數相異的特性，量測檢測電極與參考電極間的電容的電信號，較能夠精準地檢測出流道150內的血液不足的情況。此外於一實施例，利用血液中之相異的雜質時血液會具有相異介電常數的特性、或者利用血液中之雜質濃度相異時血液亦會具有相異之介電常數相異的特性，來測得血液中的一待測物。

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和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100．．．電化學測試片

110．．．電極基板

111．．．基板

112．．．電路佈局

11a．．．參考電極

11b．．．工作電極

11c．．．檢測電極

120．．．流道板

122．．．缺口

125．．．入口

130．．．頂板

135．．．開口

140．．．絕緣層

150．．．流道

200．．．電化學量測裝置

211．．．電極

212．．．電極

220．．．參考電壓源

230．．．電流電壓轉換電路

240．．．類比數位轉換電路

250．．．處理器

260．．．顯示器

270．．．記憶體

300．．．電化學測試片

310．．．電極基板

312．．．電路佈局

31a．．．參考電極

31b．．．工作電極

31c．．．檢測電極

400．．．電化學測試片

41a．．．參考電極

41b．．．工作電極

41c．．．檢測電極

圖1顯示習知電化學測試片的外觀示意圖。

圖2顯示圖1之電化學測試片的分解圖。

圖3顯示習知電化學量測裝置之功能方塊圖。

圖4顯示待測血液進入流道後的示意圖。

圖5顯示依本發明一實施例之電化學測試片的透視圖。

圖6顯示依本發明一實施例之電化學測試片的待測血液進入流道後的示意圖。

圖7顯示依本發明一實施例之檢測電極與參考電極間的電壓信號及電容的電信號的關係圖。

圖8A為習知技術中在血液不足情況下血液在流道內的分佈示意圖。

圖8B為習知技術中在血液不足情況下血液在流道內的分佈示意圖。

圖9顯示依本發明一實施例之電化學測試片的透視圖。

圖10顯示依本發明一實施例之電化學測試方法的流程圖。

111．．．基板

310．．．電極基板

31a．．．參考電極

31b．．．工作電極

31c．．．檢測電極

312．．．電路佈局

150．．．流道

Claims (10)

1. 一種電化學測試片，用以檢測一血液中的一待測物濃度且包含：一電極基板、一流道板以及一頂板，其中，該電極基板、該流道板以及該頂板界定出一流道，用以供該血液流入於該流道中，且該電極基板上形成有一參考電極、一工作電極及一檢測電極，且該參考電極及該工作電極設置於該流道中且用以與該血液接觸，而該檢測電極設置成不接觸該血液，藉以利用一電化學測試片使該檢測電極與該參考電極間產生一電壓差，並測量該檢測電極與該參考電極間的一電容的一電信號，且依據該電容的該電信號的變化或值，決定該流道是否已充滿足夠的該血液，當判斷該流道已充滿足夠的該血液時，啟動一測量程序，以測量該血液的該待測物濃度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電化學測試片，其中該檢測電極設置於該流道的外部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電化學測試片，其中，該工作電極與該參考電極的相對位置為使該血液流過該工作電極再流過該參考電極。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電化學測試片，其中， 該檢測電極、該工作電極及該參考電極的相對位置為使該血液流過該檢測電極、該工作電極再流過該參考電極，且該電化學測試片更包含一絕緣層，覆蓋該檢測電極，藉以使該檢測電極與該血液間隔著該絕緣層並使該檢測電極設置成不接觸該血液接觸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電化學測試片，其中，該工作電極、該參考電極及該檢測電極的相對位置為使該血液流過該工作電極再流過該參考電極，該檢測電極設置於該流道的外部，且該流道之一入口與該參考電極間的距離小於該流道之該入口與該檢測電極間的距離。
6. 一種電化學測試方法，其利用一電化學測試片以及耦接該電化學測試片的一電化學量測裝置，來檢測一血液中的一待測物濃度，該電化學測試片包含：一電極基板、一流道板以及一頂板，其中該電極基板、該流道板以及該頂板界定出一流道，用以供該血液流入於該流道中，且該電極基板上形成有一參考電極、一工作電極及一檢測電極，且該參考電極及該工作電極設置於該流道中且用以與該血液接觸，而該檢測電極設置成不接觸該血液，該電化學測試方法包含：該電化學量測裝置使該檢測電極與該參考電極間產生一 電壓差，並測量該檢測電極與該參考電極間的一電容的一電信號；以及依據該電容的該電信號的變化或值，決定該流道是否已充滿足夠的該血液，當判斷該流道已充滿足夠的該血液時，啟動一測量程序，以測量該血液的該待測物濃度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電化學測試方法，其中該檢測電極設置於該流道的外部。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電化學測試方法，其中該工作電極與該參考電極的相對位置為使該血液流過該工作電極再流過該參考電極。
9. 如申請專利範圍第6項所述之電化學測試方法，其中，該檢測電極、該工作電極及該參考電極的相對位置為使該血液流過該檢測電極、該工作電極再流過該參考電極，且該電化學測試片更包含一絕緣層，覆蓋該檢測電極，藉以使該檢測電極與該血液間隔著該絕緣層並使該檢測電極設置成不接觸該血液接觸。
10. 如申請專利範圍第6項所述之電化學測試方法，其中，該工作電極、該參考電極及該檢測電極的相對位置為使該血液流過該工作電極再流過該參考電極，該檢測電極設置於該流道的外部，且該流道之一入口與該參考電極間的距 離小於該流道之該入口與該檢測電極間的距離。