TWI697667B

TWI697667B - 尿液電性檢測裝置與方法

Info

Publication number: TWI697667B
Application number: TW108135964A
Authority: TW
Inventors: 趙中興; 謝振中
Original assignee: 大華學校財團法人大華科技大學
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2020-07-01
Also published as: TW202113351A

Abstract

一種尿液電性檢測裝置與方法。尿液電性檢測裝置，包括一尿液容器，包括一陽極電極、一陰極電極、一隔離膜、一含水量感測器與一酸鹼度感測器，其中，該隔離膜介於該陽極電極與該陰極電極之間、該含水量感測器用以檢測一尿液含水量、該酸鹼度感測器用以檢測一尿液酸鹼度；一單級雙投開關，在一第一開關位置時，電性連接一直流電壓源至該陽極電極與該陰極電極、在一第二開關位置時，測量該陽極電極與該陰極電極間之一開路電壓；一電流感測器，在該第二位置時開啟，測量該陽極電極與該陰極電極間之一短路電流；以及一檢測裝置，基於該開路電壓、該短路電流、該尿液酸鹼度、與該尿液含水量，判斷可能之疾病並於一顯示裝置顯示一預測結果。

Description

尿液電性檢測裝置與方法

本發明係有關係有關尿液檢測裝置與方法，特別是有關一種利用檢測尿液之電壓、電流、酸鹼度、與含水率以監測身體健康狀態的裝置與方法。

自有人類以來，癌症一直被認為是一種疾病。最早公元前17世紀的乳房腫塊被認為是乳腺癌的第一個發現。因此癌症可以追溯到古代，但是當時人類的壽命比較短，它可能非常罕見，但是原因不明。現代人類平均壽命隨著醫學科技的進步不斷地延長以後，癌症成為與健康相關的最主要影響因素。

癌症的特徵包括在人類腫瘤的發展期間多個步驟產生了六種生物學特徵。這些標誌了合理化腫瘤複雜性的組織原則。它們包括癌細胞維持增殖信號傳導、癌細胞逃避生長抑制因子、癌細胞抵抗細胞死亡、實現複製癌細胞的永生、與誘導血管增生及癌細胞激活侵襲和轉移。這些標誌的基礎是基因組不穩定性，它產生癌細胞加速其獲得的遺傳多樣性，以及促進癌細胞多種的發炎特徵。過去十年的概念進展為上述列表增加了兩個潛在普遍性的新標誌：重新編程能量代謝和規避免疫破壞。

除了癌細胞以外，腫瘤表現出另一個複雜性，包含一系列招募表面上正常的細胞。1970年George McGovern研究食物與與症與慢性疾病之關係發現，這些食物與各種癌症和疾病間發生率差異非常大(Nestle Marion(2007)Food Politics：How to the Food Industry Influences Nutrion and Health 2nd University of California Press.PP.38-42,ISBN 0-520-25403-1)。

習知從血液中檢測癌症之方法為通過創造“腫瘤微環境”產生有助於獲得癌細胞發展中標誌性特徵。其為從血液中提取特徵，再利用在人類腫瘤的發展期間各步驟產生了六種生物學特徵與組織切片技術相比。

基於癌症的特徵，在癌症疾病初期階段，都會導致癌細胞過度生長，於是它需要從血液中獲得過量之養分。美國專利第9,222,937號揭露利用侵入性血液檢查血液中核小體以廣泛檢測癌症的技術。然而，要從血液中有效分離出腫瘤細胞，並不是一件非常容易的事情，首先要從10^6-8白血球分離出1~10個腫瘤細胞，加上早期階段其含量相對更小，因此捕捉腫瘤細胞具有更大挑戰性外，設備高精密性與高價格，限制該檢驗方法之普及化。此外，抽血是相對具高危險及高傳染性的侵入式檢測方式。

另一方面，尿液是除了血液以外，可包含了許多與健康狀態有關的訊息。人體尿液至少有3,079種化合物，其中72種來自細菌，1,453種來自體內的器官組織，2,282種是外來的化學物質，包含飲食，藥物，化妝品等(C.Rose,A.Parker,B.Jefferson,E.Cartmell，The Characterization of Feces and Urine：A Review of the Literature to Inform Advanced Treatment Technology,Critical Reviews in Environmental Science and Technology Vol.45 PP.1827-1879，2015)。由於細胞代謝產生許多副產物，因此血液中含有豐富的含氮廢物，如尿素，尿酸和肌酸酐。這些副產物藉由水從體內排出水溶性化學物質。健康成人平均每日尿量約為1,500~2,000毫升，酸鹼度(pH)在6~7之間，其平均值為6.5。

尿液測試屬於非侵入式檢測方法之一，普遍用於檢測與健康問題有關的含氮廢物與尿道細菌感染。食物種類與攝入量是尿液成分變化的主要因素。換言之，尿液的電化學反應速率與其物理和化學成分等變量與健康狀態有關訊息。因此，本發明提出利用檢測尿液之電性、酸鹼度、與含水率之電性裝置以監測身體健康狀態的裝置與方法。

為解決上述技術問題，本發明公開了一種尿液電性檢測方法，包括：於一尿液容器中固定一陽極電極、一陰極電極、與一隔離膜，其中，該隔離膜介於該陽極電極與該陰極電極之間；一尿液倒入該尿液容器；一電池對該尿液容器內之該尿液充電；測量該尿液容器之一開路電壓和一短路電流；測量該尿液容器內之一尿液酸鹼度與一尿液含水量；以及基於該開路電壓、該短路電流、該尿液酸鹼度、與該尿液含水量，判斷可能之疾病並顯示一預測結果。

本發明還公開了一種尿液電性檢測裝置，包括：一尿液容器，包括一陽極電極、一陰極電極、一隔離膜、一含水量感測器與一酸鹼度感測器，其中，該隔離膜介於該陽極電極與該陰極電極之間、該含水量感測器用以檢測一尿液含水量、該酸鹼度感測器用以檢測一尿液酸鹼度；一單級雙投開關，在一第一開關位置時，電性連接一直流電壓源至該陽極電極與該陰極電極、在一第二開關位置時，測量該陽極電極與該陰極電極間之一開路電壓；一電流感測器，在該第二位置時開啟，測量該陽極電極與該陰極電極間之一短路電流；以及一檢測裝置，基於該開路電壓、該短路電流、該尿液酸鹼度、與該尿液含水量，判斷可能之疾病並於一顯示裝置顯示一預測結果。

100:根據本發明一實施例之尿液電性檢測方法流程圖

200:本發明一實施例之尿液電性檢測裝置

101~107:步驟

10:尿液容器

11、12:石墨電極

13:隔離膜

15:檢測裝置

16:直流電壓源

17:顯示裝置

18:按鈕開關

19:電流感測器

20:單級雙投開關

20-1、20-2:開關位置

21:含水量感測器

21-1:尿液含水百分量

22:酸鹼度感測器

22-1:尿液酸鹼度

圖1 本發明一實施例之尿液電性檢測方法流程圖。

圖2 本發明一實施例之尿液電性檢測裝置。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。應理解圖示並未按照比例繪製，且僅描述其中部分結構，以及顯示行程這些結構之各層。此外，亦可結合其他的製程及步驟與此處所討論之製程與步驟，亦即，此處所顯示及描述之步驟之前、中間、及/或之後可有多種製程及步驟。重要的是，本發明之實施例可結合其他製程及步驟而實施之，並不會對其造成重大影響。一般而言，本發明之各種實施例可取代習知製程的某些部分，而不會對其週邊製程及步驟造成重大影響。

圖1所示為根據本發明一實施例之尿液電性檢測方法流程圖100。此外，為完整說明起見，並請一併參考圖2本發明一實施例之尿液電性檢測裝置200。

步驟101：於尿液容器10中固定石墨電極11,12與隔離膜13。在一實施例中，石墨電極11為陽極，石墨電極12為陰極。在另一實施例中，隔離膜為不織布材料。

步驟102：將石墨電極11,12活化處理以提高其電化學容量(mAh/g)。在一實施例中，活化處理之升溫速率不超過每分鐘100℃、活化溫度低於800℃，及活化時間低於5分鐘。

步驟103：將尿液(未示出)倒入尿液容器10。在一實施例中，振動尿液流動至尿液容器10各個內部空間，以使尿液在尿液容器10完全交互擴散後。在另一實施例中，振動時間至少為1分鐘。

步驟104：對尿液容器10內之尿液充電。單級雙投開關20切換至開關位置20-1，以使直流電壓源16施加於石墨電極11,12，進而以對尿液容器10充電活化。在一實施例中，直流電壓16之電壓低於3伏特，以避免造成尿液中之水分解。

步驟105：測量石墨電極11,12間之開路電壓Voc和短路電流Isc。單級雙投開關20切換至開關位置20-2，以測量石墨電極11,12間之開路電壓Voc。在一實施例中，開路電壓Voc是並接一1,000歐姆電阻兩端電壓值。按鈕開關18投入，以使電流感測器19感測石墨電極11,12間之短路電流Isc。在一實施例中，短路電流Isc為通過串接一1歐姆電阻的電流值。

步驟106：測量尿液容器內尿液之酸鹼度與含水量。酸鹼度感測器22與含水量感測器21安裝於尿液容器10內，用以測量尿液容器內尿液之尿液酸鹼度22-1與尿液含水百分量21-1。

申請人實驗得知，痛風患者與正常人的電性(開路電壓Voc與短路電流Isc)差異不大，但糖尿病患者的電性效能明顯較弱，癌症患者電性效果亦不佳。正常人的尿液pH值大約是6.5，糖尿病、痛風，癌症疾病患者的pH值則是在5~6之間，與正常人有一段差距。痛風患者的尿液電性與正常人無異：糖尿病與癌症疾病患者的酸鹼值都在5~6之間，皆低於正常人的酸鹼值6.5。糖尿病與癌症疾病患者的尿液電性明顯低於正常人的發電特性。糖尿病與癌症疾病患者的尿液之間最主要差異性在於含水量明顯不同：癌症疾病患者含水量和正常人相當，糖尿病病患含水量明顯高於正常人；當血糖水平高時，糖尿病患者的身體需要更多的液體，腎臟通過尿液排出多餘糖分。糖尿病患會尿出無色尿液，是因排尿時釋放太多水分。糖尿病患者的尿液電性差，與含水量有關。根據測試結果發現當身體產生疾病後，尿液濃度就會偏高，此時pH值也隨之降低。正常人的尿液酸鹼值大約是6.5，糖尿病、痛風、癌症不同疾病患者的酸鹼值都在5~6之間，明顯低於正常人的酸鹼值6.5。痛風患者的尿液電性與正常人無異。癌症患者因腫瘤增生階段需要從血液中吸收大量養分，改變了身體新成代謝現象導致尿液中尿酸數值有所差異。因此，糖尿病、痛風、癌症疾病的種類影響尿液的電性。

另外，尿液在室溫環境空氣中是穩定的，除非在大氣環境中在大氣環境中要加熱到100℃才開始氣化分解。經過實驗後發現尿液即使沒有冷藏在一個月以內，也沒有發現會改變上述之結果。

步驟107：基於檢測之開路電壓、短路電流、酸鹼度、與含水量，判斷可能之疾病並顯示結果。一檢測裝置15，基於檢測之開路電壓Voc、短路電流Isc、尿液酸鹼度22-1、尿液含水百分量21-1，基於上述糖尿病、痛風、癌症之疾病特徵，判斷可能之疾病並於顯示裝置17顯示可能之疾病結果(正常、糖尿病、痛風、癌症)。在一實施例中，顯示裝置17為一LCD顯示器。

本發明根據尿液電性、酸鹼度和含水量可以相較其他侵入式如組織切片檢查，血液篩檢更簡單，快速判斷出各種疾病如癌症、糖尿病、痛風與正常人之差異。此外，本發明可通過電子電路檢測尿液電性，因此可以達到完全自動化檢測。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。

101~107‧‧‧步驟

100‧‧‧根據本發明一實施例之尿液電性檢測方法流程圖

Claims

一種尿液電性檢測方法，包括：於一尿液容器中固定一陽極電極、一陰極電極、與一隔離膜，其中，該隔離膜介於該陽極電極與該陰極電極之間；一尿液倒入該尿液容器；一電池對該尿液容器內之該尿液充電；測量該尿液容器之一開路電壓和一短路電流；測量該尿液容器內之一尿液酸鹼度與一尿液含水量；以及基於該開路電壓、該短路電流、該尿液酸鹼度、與該尿液含水量，判斷可能之疾病並顯示一預測結果。
如申請專利範圍第1項之尿液電性檢測方法，其中，該隔離膜為一不織布。
如申請專利範圍第1項之尿液電性檢測方法，其中，該陽極電極與該陰極電極為石墨電極。
如申請專利範圍第3項之尿液電性檢測方法，進一步包括：將該陽極電極與該陰極電極在800℃下進行燒烤5分鐘之活化處理。
如申請專利範圍第1項之尿液電性檢測方法，其中，該預測結果為正常、癌症、糖尿病、或痛風。
一種尿液電性檢測裝置，包括：一尿液容器，包括一陽極電極、一陰極電極、一隔離膜、一含水量感測器與一酸鹼度感測器，其中，該隔離膜介於該陽極電極與該陰極電極之間、該含水量感測器用以檢測一尿液含水量、該酸鹼度感測器用以檢測一尿液酸鹼度；一單級雙投開關，在一第一開關位置時，電性連接一直流電壓源至該陽極電極與該陰極電極、在一第二開關位置時，測量該陽極電極與該陰極電極間之一開路電壓；一電流感測器，在該第二位置時開啟，測量該陽極電極與該陰極電極間之一短路電流；以及一檢測裝置，基於該開路電壓、該短路電流、該尿液酸鹼度、與該尿液含水量，判斷可能之疾病並於一顯示裝置顯示一預測結果。
如申請專利範圍第1項之尿液電性檢測裝置，其中，該隔離膜為一不織布。
如申請專利範圍第1項之尿液電性檢測裝置，其中，該陽極電極與該陰極電極為石墨電極。
如申請專利範圍第1項之尿液電性檢測裝置，其中，該預測結果為正常、癌症、糖尿病、或痛風。
如申請專利範圍第8項之尿液電性檢測裝置，進一步包括：將該陽極電極與該陰極電極在800℃下進行燒烤5分鐘之活化處理。