TWI539157B - 電化學血液檢測試片及其診斷系統 - Google Patents

Description

電化學血液檢測試片及其診斷系統

本發明係有關於一種電化學生化檢測試片，特別有關於一種用於量測血紅素、凝血酶原時間及血球容積比(HCT%)的電化學檢測試片及其診斷系統。

人體凝血反應可分為外在路徑(extrinsic pathway)和內在路徑(intrinsic pathway)。當人體受傷時，首先會啟動外在路徑以控制體內的凝血反應，該凝血反應除了需要血液外，另外需組織因子(tissue factor)，把不具活性的因子X(factor X)催化為因子Xa(factor Xa)。再者，因子Xa經因子Va(factor Va)、酸性磷脂以及鈣離子的作用把凝血酶原(prothrombin，factor II)變成凝血酶(thrombin，factor IIa)，而凝血酶再把纖維蛋白原(fibrinogen)變成纖維蛋白，加強聚集在內皮細胞受傷處的血小板，而凝血酶也能增進factor XIII的作用，把各別的纖維蛋白分子連合而穩定纖維蛋白。

因此，凝血酶原時間(prothrombin time)之檢查除了可以是外在因子活化凝固系統功能是否正常檢測指標外，亦可以用於觀察口服抗凝劑治療、肝臟功能、缺乏維他命K、缺乏凝固因子、彌漫性血管內凝固症(DIC)的評估與監控。

習知電化學檢測試片，例如美國專利第7,674,616號揭露一種以電性或光學檢測的血樣測試試片，利用分析通道分岔所造成的延遲，達到精確量測凝血酶原時間(PT)的目的。

有鑑於此，實有必要提供一可快速檢測、方便使用及準確性高之量測凝血酶原時間(PT)及血球容積比(HCT%)之電化學檢測試片及其診斷系統。

本發明之一目的在於提供一種電化學檢測試片，分別針對血紅素，血球容積比，及血液凝血時間進行測試。

本發明另一目的在於提供一種使用電化學檢測試片的診斷系統，該診斷系統具有校正及補償之功能，可提供更準確的血液性質分析，並有效減少測試誤差及提高量測的準確性。

根據本發明之一實施例，一種電化學血液檢測試片，包括：電極基板，具量測電極的電路於絕緣底板上；間隔板，設置於該電極基板上，定義量測的血樣區、通道及三個反應區；以及蓋板，設置於該間隔板上，具有血樣入口及排氣孔；其中於檢測時，第一反應區用以偵測血紅素及血球容積比，第二和第三反應區為生化反應區用以偵測血液凝固時間。

根據本發明另一實施例，一種電化學血液檢測試片，包括：血樣區，用以容納待測血液樣本；第一反應區，用以偵測血紅素及血球容積比；第二反應區和第三反應區，用以偵測血液凝固時間；以及通道，貫穿連接該血樣區與該第一、第二和第三反應區，該通道具有一分叉使得血樣區與第二和第三反應區之間的路徑距離相同。

根據本發明另一實施例，一種使用上述電化學血液檢測試片的診斷裝置，其中該診斷裝置包括：一測試卡容置單元以容納該電化學血液檢測試片；一溫度維持單元以控制及維持該測試卡容置單元至一恆定溫度；一AC訊號產生單元提供一頻率及電壓的交流電至該測試卡組件；一訊號接收單元，截取從該測試卡組件回應的一回應訊號；一微處理器計算該回應訊號並取得該血球容積比和該凝血酶原時間的結果；及一顯示單元，顯示從該微處理器所計算得出的該血球容積比和該凝血酶原時間的檢測結果。

為使本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下以多個實施範例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。應注意的是，於圖式中所顯示的特徵並未以特定的比例繪示。公知的構件、材料和製程技術可選擇略去以避免非必要地模糊本發明的實施例。於該些實施例中所描述的構件、材料和製程技術僅為揭示本發明使用之描述方式，其並非用以限定本發明。

鑒於上述習知技術問題，以下實施例提供一種量測凝血酶原時間及血球容積比(hematocrit，HCT%)的系統。更明確地說，可使用一偵測系統以改善檢體載放特性及測量精確性。針對血液凝固測量特性或血球容積比偵測之分析，更佳地應用於凝血時間的定量分析。於下文中，血球容積比泛指在全部血液的體積中紅血球濃厚液的百分比。

圖1A係顯示根據本發明之一實施例的電化學血液檢測試片的爆炸示意圖，分別表示各構件之間的相對位置。所述電化學血液檢測試片100包括電極基板110，具量測電極105的電路於絕緣底板101上。間隔板120設置於該電極基板110上，定義量測的血樣區122、通道124及三個反應區126a、126b、126c。由通道連接血樣區與該第一、第二和第三反應區126a、126b、126c之間，該通道124具有一分叉使得血樣區122與第二反應區126b和血樣區122與第三反應區126c之間的路徑距離相同。蓋板130設置於該間隔板120上，具有血樣入口132及排氣孔134。

絕緣基板101為電性絕緣材料，其材料可包括但不限定於由多孔性材料所構成的基板。於一實施例中，測試卡組件的基板包括多個孔洞，其直徑範圍大抵介於約0.1μm至約100μm。具量測電極105的電路可由任何導電材料所構成。例如，量測電極105為一疊層結構，包括金屬底層、金屬黏著層、表面金屬層(未繪示)。應瞭解的是，量測電極105並不限定於以上實施例所述的三層結構，其亦可替選為單層或者僅由金屬黏著層與表面金屬層所構成的雙層結構。

金屬底層可運用金屬沉積及微影蝕刻方式將金屬線路設置於絕緣基板上，其材質可為銅、鋁、鐵、銀、鎢、及其合金。金屬黏著層用於結合金屬底層及表面金屬層，並可作為防止金屬底層與表面金屬層之間相互擴散的阻障層、抗腐蝕的保護層、並防止金屬底層表面氧化，以增加測試電性訊號，金屬黏著層的材質可為鎳、鈷、錫、鋅、及合金。表面金屬層的材質可為金、鈀、鉑、銠、釕、銅、錫、鎢、鈦及合金。金屬黏著層與表面金屬層運用化學鍍金技術，例如將溶液中的金屬離子藉被鍍物質置換析出的置換鍍金。於一實施例中，電極基板110經過親水處理程序使其表面具親水性，例如利用界面活性劑清洗。

請參閱圖1B，具量測電極105的電路可構成一電極系統，包括第一對電極102位於相對反應區126a的位置，延伸至第一對接觸墊106a、106b；第二對電極103位於相對反應區126b的位置，延伸至第二對接觸墊107a、108a；第三對電極104位於相對反應區126c的位置，延伸至第三對接觸墊107b、108b。所述電極系統更包括自動測試迴路，延伸至第四對接觸墊109a、109b，使電化學血液檢測試片具有插入測定功能。根據本發明的量測原理，上述構造並不限定使量測電極以特定的組態排列，或限定電極的數目。亦可根據不同的應用需求提供額外的電極。例如，圖1A實施例中僅具有三對接觸墊，而圖1B實施例中另增加自動測試迴路，因此具有四對接觸墊。

間隔板120的作用為間隔電極基板110與蓋板130之間的空間。所述間隔板120定義量測的血樣區122、通道124及三個反應區126a、126b、126c的空間。反應區126a包括不具有酵素的第一反應層。反應區126b、126c包括具有酵素的第二反應層(未繪示)。反應區126a用於偵測血紅素及血球容積比，具有可偵測血紅素濃度及血球容積比之功能並可用於血液濃度誤差補償之功用，另反應區126b、126c為生化反應區，由酵素與血樣之反應可使血液凝固，用於偵測血液凝固時間之偵測。

圖2A顯示根據本發明實施例之電化學血液檢測試片的血樣區、流道與反應區的示意圖。於進行血液檢測時，反應區201可用於偵測血液進入(blood in)，當血液流至三個反應區201、202、203時，三個電極對皆感應電流變化，可確認血液填滿反應區的狀態。例如，可由反應區202、203兩者電流變化量之不同，判斷檢測數據試否可信。當血樣進入血樣區204時，可由親水層導205引導入流道並由排氣孔206排除多餘的空氣。

圖2B顯示根據本發明實施例之電化學血液檢測試片的流道寬度與折角關係的示意圖。根據本發明之實施例，流道寬度的範圍可介於0.01cm至0.3cm間，高度的範圍可介於20μm至500μm之間，用以產生毛細現象。反應區201的寬度固定且前後須至少具有1mm以上的距離，以維持穩定的流速，使之偵測血紅素、血球容積比時有穩定數值。反應區202與反應區203寬度可選擇為反應區201的1.1~2倍，以減緩血液流動速率及使血液可均勻地佈滿反應區。於圖2中，寬度w2=w3，w1：w2=1：1.1~2。流道折角關係，d1=d2，d3=360度-(d1+d2)，其中為d1的角度須大於90，較佳的角度為121.33度，d3亦需大90度，其目的在於流速因分向力之關係而使血液可分別同時到達反應區202與反應區203。

再請參閱圖1A，蓋板130設置於間隔板120的上方。於一實施例中，蓋板130可包括導入口132和排氣孔134，其分別連接至血樣區122與反應區126b、126c。於另一實施例中，可選擇將一親水層(未繪示)設置於該蓋板130的底表面，夾置於蓋板130與間隔板120之間。所述親水層包括纖維素(cellulose)、羧基甲基纖維素(carboxymethyl methyl cellulose，CMC)、甲基纖維素(methyl cellulose，MC)、羥乙基纖維素(hydroxyethyl cellulose，HEC)、羥丙基甲基纖維素(hydroxylpropyl methyl cellulose，HPMC)、壓克力、樹脂及其鹽類。

於檢測時，第一反應區126a用以偵測血紅素及血球容積比，第二和第三反應區126b、126c為生化反應區用以偵測血液凝固時間。更明確地說，反應區126a可單獨用於偵測血紅素、或血球容積比、或是同時偵測血紅素及血球容積比，測出的血紅素或血球容積比值可用於補償因血液濃度誤差的功能。

預先於系統中內建一特定數值，當三個反應區126a、126b、126c皆被血液填滿，可達血液填滿偵測功能。當血液由血樣區122流入到達反應區126a時，系統即開始計算(系統已內建一特定時間)，血液未於該特定時間內到達反應區126b與反應區126c則系統判定此血液填充檢測(blood fill test)為失敗，不再進行其他檢測值的檢測與運算。反應區126b與反應區126c用於檢測血液凝固的程度，系統預設一固定參數，當反應區126b與反應區126c的檢測運算後數值，不符合該參數，則系統判定該血液凝固檢測為失敗。

從量測的觀點，本發明之電化學血液檢測試片包括：用以容納待測血液樣本的血樣區，用以偵測血紅素及血球容積比的第一反應區，用以偵測血液凝固時間的第二反應區和第三反應區，以及貫穿連接該血樣區與該第一、第二和第三反應區的通道，所述通道具有一分叉使得血樣區與第二和第三反應區之間的路徑距離相同。

圖3係顯示根據本發明實施例的量測血球容積比(HCT)及/或凝血酶原時間的診斷裝置的方塊示意圖。如圖3所示，一種使用前述電化學血液檢測試片的診斷裝置300，可至少藉由阻抗分析、電抗分析或其他電性分析方式，量測血球容積比(HCT)及/或凝血酶原時間，所述診斷裝置300包括感測器裝置320和電化學血液檢測試片310，其中由該感測器裝置提供一交流(AC)訊號，以量測及計算血液測試中的凝血酶原時間和血球容積比。該感測器裝置320包括電化學血液檢測試片容置單元322以容納電化學血液檢測試片310，溫度維持單元334用以控制及維持電化學血液檢測試片容置單元至一恆定溫度，一AC訊號產生單元324提供一頻率及電壓的交流電至電化學血液檢測試片310，一訊號接收單元328截取從電化學血液檢測試片回應的一回應訊號，一微處理器330計算該回應訊號並取得該血球容積比和該凝血酶原時間的結果，以及一顯示單元336顯示從該微處理器330所計算得出的該血球容積比和/或該凝血酶原時間的檢測結果。

於一較佳的態樣中，當酵素與血液之間的反應造成血液凝固現象時，由感測器裝置所接收並處理的反應訊號，主要依據凝血過程中時間長短造成斜率的差異而進行分析。採用一交流電模組根據從電化學血液檢測試片回應的振盪震盪測試訊號進行量測，其中當酵素與血液之反應所造成血液凝固現象時，由感測器裝置所接收並處理的反應訊號，主要依據凝血過程中時間長短造成斜率的差異進行分析。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。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。

100．．．電化學血液檢測試片

101．．．絕緣底板

102．．．第一對電極

103．．．第二對電極

104．．．第三對電極

105．．．量測電極

106a、106b．．．第一對接觸墊

107a、108a．．．第二對接觸墊

107b、108b．．．第三對接觸墊

109a、109b．．．第四對接觸墊

110．．．電極基板

120．．．間隔板

122．．．血樣區

124．．．通道

126a、126b、126c．．．反應區

130．．．蓋板

132．．．血樣入口

134．．．排氣孔

201、202、203．．．反應區

204．．．血樣區

205．．．親水層

206．．．排氣孔

300．．．診斷裝置

310．．．電化學血液檢測試片

320．．．感測器裝置

322．．．血液檢測試片容置單元

324．．．AC訊號產生單元

326．．．相位角計算單元

328．．．訊號接收單元

330．．．微處理器

332．．．溫度感測器

334．．．溫度維持單元

336．．．顯示單元

圖1A係顯示根據本發明之一實施例的電化學血液檢測試片的爆炸示意圖。

圖1B係顯示根據本發明另一實施例的電化學血液檢測試片的爆炸示意圖。

圖2A顯示根據本發明實施例之電化學血液檢測試片的血樣區、流道與反應區的示意圖。

圖2B顯示根據本發明實施例之電化學血液檢測試片的流道寬度與折角關係的示意圖。

圖3係顯示根據本發明實施例的量測血球容積比(HCT)及/或凝血酶原時間的診斷裝置的方塊示意圖。

100．．．電化學血液檢測試片

101．．．絕緣底板

105．．．量測電極

110．．．電極基板

120．．．間隔板

122．．．血樣區

124．．．通道

126a、126b、126c．．．反應區

130．．．蓋板

132．．．血樣入口

134．．．排氣孔

Claims (10)

1. 一種電化學血液檢測試片，包括：電極基板，具量測電極的電路於絕緣底板上；間隔板，設置於該電極基板上，定義量測的血樣區、通道及三個反應區；以及蓋板，設置於該間隔板上，具有血樣入口及排氣孔；其中於檢測時，第一反應區用以偵測血紅素及血球容積比，第二和第三反應區為生化反應區用以偵測血液凝固時間；其中由該通道連接血樣區與該第一、第二和第三反應區之間，該通道具有一分叉使得血樣區與第二和第三反應區之間的路徑距離相同；及其中該通道具有一流道折角關係：d1=d2，d3=360°-(d1+d2)，其中為d1的角度大於90。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電化學血液檢測試片，更包括一親水層設置於該蓋板的底表面，夾置於蓋板與間隔板之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電化學血液檢測試片，其中該親水層包括纖維素(cellulose)、羧基甲基纖維素(carboxymethyl methyl cellulose，CMC)、甲基纖維素(methyl cellulose，MC)、羥乙基纖維素(hydroxyethyl cellulose，HEC)、羥丙基甲基纖維素(hydroxylpropyl methyl cellulose，HPMC)、壓克力、樹脂及其鹽類。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電化學血液檢測試片，其中該量測電極為一疊層結構，包括金屬底層、金屬黏著層、表面金屬層，其中金屬黏著層用於結合金屬底層及表面金屬層。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電化學血液檢測試片，其中該電極基板經過親水處理程序使其表面具親水性。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電化學血液檢測試片，更包括一系統自動測試迴路，使電化學血液檢測試片具有插入測定功能。
7. 一種使用如申請專利範圍第1項電化學血液檢測試片的診斷裝置，其中該診斷裝置包括：一測試卡容置單元以容納該電化學血液檢測試片；一AC訊號產生單元提供一頻率及電壓的交流電至該電化學血液檢測試片；一訊號接收單元，截取從該電化學血液檢測試片回應的一回應訊號；一微處理器計算該回應訊號並取得該血球容積比和該凝血酶原時間的結果；及一顯示單元，顯示從該微處理器所計算得出的該血球容積比和該凝血酶原時間的檢測結果。
8. 如申請專利範圍第7項所述的診斷裝置，更包括一溫 度維持單元以控制及維持該測試卡容置單元至一恆定溫度。
9. 如申請專利範圍第7項所述的診斷裝置，其中該微處理器將該回應訊號與一原始AC訊號比較，計算該交流訊號的相位角變化，並計算一電容及該血球容積比。
10. 如申請專利範圍第9項所述的診斷裝置，其中該微處理器進一步以演算法轉換該電容，參考該血球容積比而修正為該凝血酶原時間，並以一國際正規化比值修正該凝血酶原時間。