TWI464396B - 生物檢測試片及其系統 - Google Patents

Description

生物檢測試片及其系統

一種生物檢測試片及其系統，特別係關於一種可快速過濾全血樣本的生物檢測試片以及生物檢測系統。

習知生物感測技術透過反應試劑與目標生物分子作用後產生訊號，進而分析訊號結果以得知目標物對應之濃度、體積、重量、比例…等。以往一般需定期追蹤檢測患者皆需到醫院或檢驗所抽靜脈血以測定，但對於只檢測單一項目(如血糖、尿酸、總膽固醇…等)的患者來說，是相當不方便且費時的，發展的手持式檢測儀和檢測試片是相當重要且實用的。大型檢測中心的主要檢測方法，都是先將靜脈全血已離心方式分離血球後，只使用分離後的血清部分來檢測，而在居家照護使用的手持式檢測儀的應用上，檢測試片使用過一次即丟棄，非常適合非專業人員使用，主要都是以指尖全血樣品，直接進樣於試片內，經過反應試劑的作用，再依擷取訊號的不同分為電化學式感測和光學式感測。

對於全血的感測過程中，除了一般存在血清中干擾物外，最常影響數據值的還有血液中血球的含量，或是血球崩解的干擾物釋出。舉例來說，針對總膽固醇的感測，為檢測全血檢體中的總膽固醇，除游離膽固醇外，亦須把全血中的脂蛋白崩解掉，而利用特定化學試劑將其崩解的同 時，也會一併把血球崩解而對訊號造成干擾，為避免此情況發生，最常見的是在檢體進入試片主反應區前，先令其通過多層過濾膜以進行血球分離，而多層過濾膜設計常利用重力為驅動力，將檢體往下依序通過孔隙度由大到小的多層過濾膜，分離血球後的血清部分，再抵達含有反應試劑的反應區進行一連串化學反應。

由於此種傳統方法所利用的過濾驅動力為重力，所以此過程伴隨的是數分鐘的過濾時間，且需要的兩層以上的過濾膜，本發明為僅使用一層小孔隙度的過濾膜，並搭配系統內壓力降的方式，達到利用壓力差當驅動力，使檢體被強迫快速通過單一過濾膜來完成血球與血漿分離的步驟，此過程不僅可大大縮減過濾時間為數秒，也可減少檢體吸附在過濾膜內所造成的檢體需求體積大的情形。

綜合上述，習知電化學或光學檢測試片，在檢測全血時，必須使用多層過濾膜去除干擾物並留下待測物(例如血漿)。然而，在習知技術當中，僅利用重力為驅動力使檢體通過過濾膜，因此所需時間可能會長達數分鐘或更久，在需要進行大量檢測的情況下，檢測效率難以提高。

本發明提供一種生物檢測試片，用以檢測一生物樣本，該生物檢測試片包含：一基板、一電極結構、一第一絕緣片、一第二絕緣片以及一過濾膜。前述電極結構形成於該基板上，前述電極結構具有一工作電極以及一輔助電 極。前述第一絕緣片在對應前述工作電極以及前述輔助電極之位置形成有一反應區，並形成有一氣體管路連接前述反應區。前述第二絕緣片形成有一進樣通道，其中前述第一絕緣片設置於該電極結構以及前述第二絕緣片之間。前述過濾膜設置於前述反應區之上，其中前述生物樣本從前述進樣通道進入前述生物檢測試片並通過前述過濾膜而達到前述反應區。

於一實施例中，前述生物檢測試片更包含一排氣孔，貫穿前述第一絕緣片與前述第二絕緣片，並連接前述氣體管路，前述反應區內之氣體經由前述排氣孔排出前述生物檢測試片。

於一實施例中，前述生物檢測試片更包含一排氣孔，貫穿前述基板並連接前述氣體管路，前述反應區內之氣體經由前述排氣孔排出前述生物檢測試片。

於一實施例中，前述基板連接一外接檢測儀，前述排氣孔朝向前述檢測儀延伸，且前述反應區內之氣體經由前述排氣孔排出前述生物檢測試片。

於一實施例中，前述反應區具有一L型截面，且前述工作電極與前述輔助電極分別設置於前述基板以及前述第二絕緣片。

於一實施例中，前述反應區具有一L型截面，且前述工作電極與前述輔助電極分別設置於前述第二絕緣片以及前述基板。

於一實施例中，前述生物檢測試片係被用於電化學檢 測。

於一實施例中，前述生物檢測試片係被用於光學檢測，且前述基板對應於前述反應區之區域具有一透光材質。

本發明更提供一種生物檢測試系統，包含一生物檢測試片以及一檢測儀。前述生物檢測試片包含：一基板、一電極結構、一第一絕緣片、一第二絕緣片、一過濾膜以及一排氣孔。前述電極結構形成於該基板上，前述電極結構具有一工作電極以及一輔助電極。前述第一絕緣片在對應前述工作電極以及前述輔助電極之位置形成有一反應區，並形成有一氣體管路連接前述反應區。前述第二絕緣片形成有一進樣通道，其中前述第一絕緣片設置於該電極結構以及前述第二絕緣片之間。前述過濾膜設置於前述反應區之上，其中前述生物樣本從前述進樣通道進入前述生物檢測試片並通過前述過濾膜而達到前述反應區。前述排氣孔，連接前述氣體管路。前述檢測儀具有一減壓源，當前述生物檢測試片插入前述檢測儀時，前述生物檢測試片之排氣孔連接前述檢測儀之減壓源，以將前述反應區內的氣體排出前述生物檢測試片。

於一實施例中，前述減壓源包括一腔體以及一活塞式元件，前述活塞式元件可於前述腔體內沿一軸向運動。

於一實施例中，前述減壓源包括一蠕動幫浦。

於一實施例中，前述減壓源包括一真空包。

於一實施例中，前述減壓源包括一圓滾柱以及一軟管，前述圓滾柱可沿前述軟管移動並擠壓前述軟管。

於一實施例中，前述生物檢測試片更包含一凸型軟板覆蓋前述排氣孔。前述檢測儀更包含一調整元件，用以擠壓或鬆開前述凸型軟板。

於一實施例中，前述檢測儀更包含一凸型軟板，該排氣孔被該凸型軟板所覆蓋，且該檢測儀更包含一控制元件，用以控制前述調整元件。

本發明更提供一種生物檢測試系統，包含一生物檢測試片以及一檢測儀。前述生物檢測試片包含：一基板、一電極結構、一第一絕緣片、一第二絕緣片、一過濾膜以及一排氣孔。前述電極結構形成於該基板上，前述電極結構具有一工作電極以及一輔助電極。前述第一絕緣片在對應前述工作電極以及前述輔助電極之位置形成有一反應區，並形成有一氣體管路連接前述反應區。前述第二絕緣片形成有一進樣通道，其中前述第一絕緣片設置於該電極結構以及前述第二絕緣片之間。前述過濾膜設置於前述反應區之上，其中前述生物樣本從前述進樣通道進入前述生物檢測試片並通過前述過濾膜而達到前述反應區。前述排氣孔，連接前述氣體管路。前述檢測儀具有一減壓源以及一V型簧片，前述V型簧片具有兩個開孔，當前述生物檢測試片插入前述檢測儀時，前述V型簧片受前述生物檢測試片壓縮摺合，使前述兩開孔連接前述生物檢測試片之排氣孔與前述檢測儀之減壓源。

首先請一併參閱第1圖、第2圖，本發明一實施例之生物檢測試片可為電化學檢測試片，主要包含有基板101、第一絕緣片102、第二絕緣片104、第三絕緣片105、過濾膜103、上蓋片106以及凸型軟板107。基板101具有一電性連接端E，可與一外接檢測儀400相連接(如第2圖所示)。一電極結構形成於基板101上，該電極結構至少包括有一工作電極201以及一輔助電極202。當然，該電極結構尚可依據需求而設置其他電極，此應為技術領域相關人員可輕易思及，此不贅述。第一絕緣片102上形成有一長矩形的反應區305a、一連通孔302a以及連接連通孔302a與反應區305a的一氣體管路301。其中，反應區305a內設有檢測用的化學反應試劑。

在本實施例中，第一絕緣片102、第二絕緣片104、第三絕緣片105以及上蓋片106分別形成有連通孔302a、302b、302c以及302d，在試片組合後可形成一完整之排氣孔302。凸型軟板107則於組合後被設置於前述排氣孔302的上方。如第1圖所示，第三絕緣片105之一側形成有一進樣口305c，且可與第二絕緣片104上之一進樣通道305b之一部分相連通。上蓋片106形成有一氣孔303，在組合後與進樣通道305b之另一部分相連通。過濾膜103設置於反應區305a之上，使得從進樣口305c進入之樣本(在此實施例可為生物樣本或類似之檢測樣本，但本發明並不特別設限樣本種類)可經由過濾膜103過濾後才進入反應區305a。此外，上蓋片106另設置有一透明視窗304，可用 來觀察樣本是否進入試片之中。

基板101的材料可為聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚醚、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚對苯二甲酸以二醇酯、二氧化矽或是氧化鋁。電極結構可由網版印刷方式在基板101上印出所需要的圖案，其材料可選擇碳電極、石墨電極、金屬材質等，或前述各種材料之組合。

請繼續參閱第2圖，如圖所示的生物檢測試片為前述第1圖當中沿切線方向A-A之剖面圖，當生物檢測試片插入檢測儀400後，檢測儀400之針腳401接觸生物檢測試片之基板101上的電性連接端E，進而與電極結構電性連接，且檢測儀400內的調整元件108會使生物檢測試片之凸型軟版107處於被按壓之狀態而可變形。值得說明的是，此按壓操作可以手動或自動方式控制調整元件108而進行。當生物檢測試片被妥善插置於檢測儀400，使用者可從進樣口305c導入樣本，例如為一全血溶液，此樣本之全血溶液可藉由毛細現象及重力等被帶入至生物檢測試片內部，通過並依序充滿進樣口305c和進樣通道305b。其後，生物檢測試片內部的空氣則可從上蓋片106之氣孔303處被排出。完成進樣後，因凸型軟板107覆蓋排氣孔302未與氣體管路301連通之另一端，且過濾膜103覆蓋反應區305a未與氣體管路301連通之另一端，故反應區305a、氣體管路301以及排氣孔302所形成的內部通道可成為與外界完全隔離且封閉的狀態。

接著，使用者可鬆開凸型軟板107上的調整元件108，使凸形軟板107朝生物檢測試片外側凸出，此時反應區305a、氣體管路301以及排氣孔302所形成的內部通道因此體積上升，使該內部通道整體壓力下降而至小於外界壓力(如大氣壓力)。此時，外界氣壓推動原本存在於進樣通道305b、進樣口305c的全血溶液向下方通過過濾膜103，配合過濾膜103通孔設計，使全血溶液中的血球被阻擋在過濾膜103，而全血溶液中的血漿部份則可通過過濾膜103而抵達反應區305a。其後，血漿可與反應區305a內配置的化學反應試劑進行反應。而後，由工作電極201以及輔助電極202透過電化學檢測的方式得到電流訊號，以完成樣本濃度的偵測。需特別說明的是，在此實施例中，過濾膜103為了阻擋血球，孔徑可為0.1~3μm，且氣體管路301的寬度約為125μm至1mm。

前述鬆開調整元件108的方式可為手動，或可藉由偵測訊號及電路控制的方式而自動控制。接著，請參照第3a至3c圖，本發明另一實施例之檢側儀400更包含一控制元件402，該控制元件402可為電磁閥或是繼電器或類似功能之元件。該生物檢測試片之上蓋片106則包含有一偵測電極組203(如第3a圖、第3b圖所示)，當樣本進入並充滿進樣通道305b與進樣口305c時，偵測電極組203因為被樣本所覆蓋，故可產生對應的電子訊號，此時控制元件402會被觸發並鬆開調整元件108，間接使凸型軟板107朝生物檢測試片外側凸出。

請繼續參閱第3c圖，如圖所示，前述反應區305a係涵蓋工作電極201與輔助電極202，在反應區305a內的化學反應試劑係包含電子傳遞物(mediator)、能與待測物起反應之酵素、緩衝溶液、增稠劑以及酵素穩定劑等，並經烘烤後固定於反應區305a內的對應基板101位置上。需特別說明的是，基板101上對應於反應區305a之區域亦可為透光之材質，以方便光學式檢測，亦即，利用光學方式對反應區305a進行檢測。

然而，本發明提供之另一實施例也可以不使用凸型軟板107，而是直接在檢測儀400內設置一減壓源，並經由生物檢測試片之排氣孔302對反應區305a進行抽氣或減壓等動作而進樣；請一併參照第4a至第4c圖，本發明之生物感測檢測試片亦可不使用凸型軟板107，而是經由排氣孔302、氣體管路301等直接對反應區305a進行抽氣。此外，亦可不需設置第三絕緣片105以及上蓋片106，而將樣本直接由進樣空間305b導入試片內。如第4a圖中箭頭所示，檢測儀400(可參閱前述第2圖或第3圖配置，第4圖因版面配置而省略繪示，特此說明。)內的減壓源可從排氣孔302上方進行抽氣。或者，如第4b圖所示，於另一實施例中之排氣孔302也可經過基板101下方，並使檢測儀400內的減壓源從基板101下方進行抽氣。此外，如第4c圖所示，於另一實施例中之排氣孔302係朝向電性連接端E，檢測儀400內的減壓源可經由排氣孔302朝基板101之電性連接端E方向進行抽氣。

接著請參照第4d圖，本發明另一實施例之反應區305a具有L型結構(例如從第1圖所示A-A方向剖面觀察之)，工作電極201與輔助電極202面對面地分別設置在基板101以及第二絕緣片104的表面。惟前述該工作電極201與輔助電極202的位置也可互換配置，亦即，工作電極201與輔助電極202面對面地分別設置在第二絕緣片104以及基板101的表面。

接著請一併參照第5a圖與第5b圖，在本發明另一實施例中，檢測儀400’具有V型簧片307，簧片307上具有開孔302e，當試片插入檢側儀400’後(如第5b圖所示)，V型簧片307被壓縮摺合，此時試片上的排氣孔302與V型簧片307的兩開孔302e、302e相互對準，並可連接至檢測儀400’內的減壓源，如此一來減壓源便可經由兩開孔302e、302e與排氣孔302對試片內部抽氣並減壓(如第5b圖上的箭頭所示)。

接著請一併參閱第6a至第6f圖。首先如第6a圖所示，本發明一實施例中之檢測儀400a內具有一腔體500，腔體500上方開口與試片之排氣孔302相連接，此外，檢測儀400a內更具有一活塞元件501，當該活塞元件501於腔體500內沿一軸向朝下方移動時，可於試片的反應區305a內形成負壓。再如第6b圖所示，於另一實施例中，檢測儀400b內的減壓源也可使用一蠕動幫浦502，將氣體不斷地往外抽送以產生負壓。再如第6c圖所示，於另一實施例中檢測儀400c中之減壓源也可利用一風扇503將氣體抽出。 再如第6d圖所示，於另一實施例中檢測儀400d中之減壓源也可利用氣、液體混合的方式造成內部壓力下降，其中減壓源可包括一滴管504，對特定氣體(例如NH3)滴入水，使腔體500內氣體壓力下降。再如第6e圖所示，於另一實施例中，也可於檢測儀400d內設置抽換式小真空包505，藉由破開真空包505，造成腔體500內部空間壓力減小，以帶動樣本通過過試片內的濾膜103。再如第6f圖所示，檢測儀400f內之減壓源也可使用可移動式圓滾柱506與軟管507的設計，藉由手動方式將圓滾柱506移動並擠壓軟管507，使得軟管507內部的壓力降低，以達到將反應區305a內部氣體抽走之目的。

綜上所述，本發明藉由抽取反應區內的氣體，使得在進樣通道、進樣口的全血溶液被氣體壓力差導引穿越過濾膜而進樣。相較於習知僅使用重力進行過濾的檢測試片，可達到快速過濾的效果。

雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，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。

A-A‧‧‧切線方向

E‧‧‧電性連接端

101‧‧‧基板

102‧‧‧第一絕緣片

104‧‧‧第二絕緣片

105‧‧‧第三絕緣片

103‧‧‧過濾膜

106‧‧‧上蓋片

107‧‧‧凸型軟板

108‧‧‧調整元件

201‧‧‧工作電極

202‧‧‧輔助電極

203‧‧‧偵測電極

301‧‧‧氣體管路

302‧‧‧排氣孔

302a、302b、302c、302d‧‧‧連通孔

302e‧‧‧開孔

303‧‧‧氣孔

304‧‧‧透明視窗

305a‧‧‧反應區

305b‧‧‧進樣通道

305c‧‧‧進樣口

307‧‧‧V型簧片

400、400’、400a~400f‧‧‧檢測儀

401‧‧‧針腳

402‧‧‧控制元件

500‧‧‧腔體

501‧‧‧活塞元件

502‧‧‧蠕動幫浦

503‧‧‧風扇

504‧‧‧滴管

505‧‧‧抽換式小真空包

506‧‧‧可移動式圓滾柱

507‧‧‧軟管

第1圖係表示本發明一實施例之生物檢測試片之爆炸圖；第2圖係表示本發明一實施例之生物檢測試片插入檢測儀之示意圖；第3a圖係表示本發明另一實施例之生物檢測試片插入檢測儀之示意圖；第3b圖係表示第3a圖的生物檢測試片中上蓋之電極結構的示意圖；第3c圖係表示第3a圖的生物檢測試片中基板之電極結構的示意圖；第4a圖係表示本發明另一實施例之生物檢測試片示意圖；第4b圖係表示本發明另一實施例之生物檢測試片示意圖；第4c圖係表示本發明另一實施例之生物檢測試片示意圖；第4d圖係表示本發明另一實施例之生物檢測試片中反應區內電極結構的示意圖；第5a圖係表示本發明另一實施例之生物檢測試片插入檢測儀之前的示意圖；第5b圖係表示第5a圖中之生物檢測試片插入檢測儀之示意圖；第6a圖係表示本發明一實施例之檢測儀內的減壓源示 意圖；第6b圖係表示本發明另一實施例之檢測儀內的減壓源示意圖；第6c圖係表示本發明另一實施例之檢測儀內的減壓源示意圖；第6d圖係表示本發明另一實施例之檢測儀內的減壓源示意圖；第6e圖係表示本發明另一實施例之檢測儀內的減壓源示意圖；以及第6f圖係表示本發明另一實施例之生物檢測儀內的減壓源示意圖。

101‧‧‧基板

102‧‧‧第一絕緣片

103‧‧‧過濾膜

104‧‧‧第二絕緣片

105‧‧‧第三絕緣片

106‧‧‧上蓋片

107‧‧‧凸型軟板

108‧‧‧調整元件

201‧‧‧工作電極

202‧‧‧輔助電極

301‧‧‧氣體管路

302‧‧‧排氣孔

303‧‧‧氣孔

305a‧‧‧反應區

305b‧‧‧進樣通道

305c‧‧‧進樣口

400‧‧‧檢測儀

401‧‧‧針腳

Claims (16)

1. 一種生物檢測試片，用以檢測一生物樣本，該生物檢測試片包含：一基板；一電極結構，形成於該基板上，該電極結構具有一工作電極以及一輔助電極；一第一絕緣片，在對應該工作電極以及該輔助電極之位置形成有一反應區，並形成有一氣體管路連接該反應區；一第二絕緣片，形成有一進樣通道，其中該第一絕緣片設置於該電極結構以及該第二絕緣片之間；以及一過濾膜，設置於該反應區之上及該進樣通道之下，其中該生物樣本從該進樣通道進入該生物檢測試片並通過該過濾膜而達到該反應區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生物檢測試片，更包含一排氣孔，貫穿該第一絕緣片與該第二絕緣片，並連接該氣體管路，該反應區內之氣體經由該排氣孔排出該生物檢測試片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生物檢測試片，更包含一排氣孔，貫穿該基板並連接該氣體管路，該反應區內之氣體經由該排氣孔排出該生物檢測試片。
4. 如申請專利範圍第3項所述之生物檢測試片，其中該基板連接一外接檢測儀，該排氣孔朝向該檢測儀延伸，該反應區內之氣體經由該排氣孔排出該生物檢測試片。
5. 如申請專利範圍第1項所述之生物檢測試片，其中該 反應區具有一L型截面，且該工作電極與該輔助電極分別設置於該基板以及該第二絕緣片。
6. 如申請專利範圍第1項所述之生物檢測試片，其中該反應區具有一L型截面，且該工作電極與該輔助電極分別設置於該第二絕緣片以及該基板。
7. 如申請專利範圍第1項所述之生物檢測試片，係被用於電化學檢測。
8. 如申請專利範圍第1項所述之生物檢測試片，係被用於光學檢測，且該基板對應於該反應區之區域具有一透光材質。
9. 一種生物檢測試系統，包含：一生物檢測試片，用以檢測一生物樣本，該生物檢測試片包括：一基板；一電極結構，形成於該基板上，該電極結構具有一工作電極以及一輔助電極；一第一絕緣片，在對應該工作電極以及該輔助電極之位置形成有一反應區，並形成有一氣體管路連接該反應區；一第二絕緣片，形成有一進樣通道，其中該第一絕緣片設置於該電極結構以及該第二絕緣片之間；以及一過濾膜，設置於該反應區之上及該進樣通道之下，其中該生物樣本從該進樣通道進入該生物檢測試片並通過該過濾膜而達到該反應區；以及 一排氣孔，連接該氣體管路；以及一檢測儀，具有一減壓源，當該生物檢測試片插入該檢測儀時，該生物檢測試片之排氣孔連接該檢測儀之減壓源，以將該反應區內的氣體排出該生物檢測試片。
10. 如申請專利範圍第9項所述之生物檢測試系統，其中該減壓源包括一腔體及一活塞式元件，該活塞式元件可於該腔體內沿一軸向運動。
11. 如申請專利範圍第9項所述之生物檢測試系統，其中該減壓源包括一蠕動幫浦。
12. 如申請專利範圍第9項所述之生物檢測試系統，其中該減壓源包括一真空包。
13. 如申請專利範圍第9項所述之生物檢測試系統，其中該減壓源包括一圓滾柱以及一軟管，該圓滾柱可沿該軟管移動並擠壓該軟管。
14. 如申請專利範圍第9項所述之生物檢測試系統，其中該生物檢測試片更包含一凸型軟板覆蓋該排氣孔；以及該檢測儀更包含一調整元件，用以擠壓或鬆開該凸型軟板。
15. 如申請專利範圍第14項所述之生物檢測試系統，其中該檢測儀更包含一控制元件，用以控制該調整元件。
16. 一種生物檢測試系統，包含：一生物檢測試片，用以檢測一生物樣本，該生物檢測試片包括：一基板； 一電極結構，形成於該基板上，該電極結構具有一工作電極以及一輔助電極；一第一絕緣片，在對應該工作電極以及該輔助電極之位置形成有一反應區，並形成有一氣體管路連接該反應區；一第二絕緣片，形成有一進樣通道，其中該第一絕緣片設置於該電極結構以及該第二絕緣片之間；以及一過濾膜，設置於該反應區之上及該進樣通道之下，其中該生物樣本從該進樣通道進入該生物檢測試片並通過該過濾膜而達到該反應區；以及一排氣孔，連接該氣體管路；以及一檢測儀，具有一減壓源以及一V型簧片，其中該V型簧片具有兩個開孔，當該生物檢測試片插入該檢測儀時，該V型簧片受該生物檢測試片壓縮摺合，使該兩開孔連接該生物檢測試片之排氣孔與該檢測儀之減壓源。