TWI781063B

TWI781063B - 電化學感測模組及方法

Info

Publication number: TWI781063B
Application number: TW111108294A
Authority: TW
Inventors: 李仲軒
Original assignee: 福永生物科技股份有限公司
Priority date: 2022-03-08
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2022-10-11
Also published as: TW202335636A

Abstract

一種電化學感測模組包含一電化學測試片及一電化學感測器。該電化學感測器執行一執行程序，藉以識別出血液為第一種類或第二種類，並且當識別出血液為第一種類時，利用第一測量方法求得血液的特徵值；當識別出血液為第二種類時，利用第二測量方法求得血液的特徵值。

Description

電化學感測模組及方法

本發明係關於一種電化學感測模組及方法，尤其關於一種能夠自動地辨識血液之種類，並依據該種類來計算一特徵值的電化學感測模組及方法。

圖1顯示習知電化學感測模組之功能方塊圖。電化學感測模組100包含至少一電化學測試片110及電化學感測器200。電化學感測器200包含一兩個接觸點211及212、一參考電壓源220、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，還可以更包含一計時器(timer)270。接觸點211及212分別為參考電極接觸點及工作電極接觸點。參考電極接觸點211用以電連接電化學測試片110的參考電極11a，工作電極接觸點212用以電連接電化學測試片110的工作電極11b。參考電壓源220可以為接地端。參考電極11a透過參考電極接觸點211電連接參考電壓源220，工作電極11b透過工作電極接觸點212電連接類比數位轉換電路240及處理器250。顯示器260電連接處理器250。計時器270用以計數並決定一時間。

進行量測時，將電化學測試片110插入於電化學感測器200中，使電化學測試片110的參考電極11a與工作電極11b間產生一電壓差，藉以量測到一電流。類比數位轉換電路240將前述電流轉換成處理器250能夠處理的信號，並依據前述信號計算出一生理資訊量測值。更具體而言，當電化學感測器200為一血糖機，且電化學測試片110為一血糖測試片時，前述生理資訊量測值可以為一血糖濃度量測值。於操作時，使用者將電化學測試片110插入於電化學感測器200中，並將血液滴於電化學測試片110上，使血液能夠流入電化學測試片110的一微流道中，使電化學測試片110的參考電極11a與工作電極11b間產生一電壓差，藉以量測到流過血液的電流。

一般，在家使用電化學感測模組100時，都是採集指尖血，並且利用指尖血來量測血糖濃度。而在醫院時，通常採集靜脈血，並且利用靜脈血來量測血糖濃度。當電化學感測器200採用相同的血糖濃度計算方法時，用指尖血及靜脈血所測得的血糖濃度值會有些微的差異。

依據本發明一實施例的一目的在於，提供一種電化學感測模組及方法，其能夠自動地辨識血液之種類，並針對不同的種類使用不同的量測方法來求得血液的一特徵值，因此能夠求得較精準的血液的特徵值。

依據本發明一實施例，提供一種電化學感測模組，用於量測一血液的一特徵值，其包含一電化學測試片及一電化學感測器。該電化學測試片用以接受該血液，該血液的種類包含一第一種類及一第二種類。該電化學感測器用以電連接該電化學測試片，且儲存有一執行程序、一第一測量方法及一第二測量方法。該電化學感測器執行該執行程序，藉以識別出該血液為該第一種類或該第二種類，並且當識別出該血液為該第一種類時，利用該第一測量方法求得該血液的一特徵值；當識別出該血液為該第二種類時，利用該第二測量方法求得該血液的該特徵值。

一實施例中，該第一種類為一指尖血，而該第一測量方法為一指尖血糖計算方法。該第二種類為一靜脈血，而該第二測量方法為一靜脈血糖計算方法，且該特徵值為至一血糖值。

一實施例中，該執行程序包含：通過該電化學感測器求得該血液的一電壓訊號，並依據該電壓訊號及時間，求得係為電壓及時間之關係曲線的一電壓曲線，並且辯識該電壓曲線是否具有一雜訊干擾區域；以及當該電壓曲線具有該雜訊干擾區域時，則判斷該血液為該指尖血，並利用該指尖血糖計算方法來求得該血液的該血糖值；而當該電壓曲線不具有該雜訊干擾區域時，則判斷該血液為該靜脈血，並利用該靜脈血糖計算方法來求得該血液的該血糖值。

一實施例中，該電化學感測器包含一放大模組，該放大模組包含串聯的一第一切換器及一第一電容器。該求得係為電壓及時間之關係曲線的一電壓曲線的步驟包含：當測得該電壓訊號達到一臨界電壓時，開通該第一切換器，藉以利用該第一電容器過濾該電壓訊號的至少一雜訊，而且該利用該指尖血糖計算方法來求得該血液的該血糖值的步驟；或該利用該靜脈血糖計算方法來求得該血液的該血糖值的步驟，是依據被過濾後的該電壓訊號求得該血液的該血糖值。

一實施例中，該放大模組包含串聯的一第一切換器及一第一電容器；以及串聯的一第二切換器及一第二電容器，其中該第二電容器的電容值小於該第一電容器的電容值。該求得係為電壓及時間之關係曲線的一電壓曲線的步驟更包含：斷開該第一切換器且開通該第二切換器，藉以利用該第二電容器過濾該電壓訊號的至少一雜訊，當測得該電壓訊號達到一臨界電壓時，斷開該第二切換器且開通該第一切換器，藉以利用該第一電容器過濾該電壓訊號的至少另一雜訊，而且該利用該指尖血糖計算方法來求得該血液的該血糖值的步驟；或該利用該靜脈血糖計算方法來求得該血液的該血糖值的步驟，是依據被該第一電容器過濾後的該電壓訊號求得該血液的該血糖值。

依據本發明一實施例，提供一種電化學感測方法，用於量測一血液的一特徵值，其包含：(a)利用一電化學測試片用以接受該血液；(b)使該電化學測試片電連接一電化學感測器；(c)利用該電化學感測器執行一執行程序，藉以識別出該血液為一第一種類或一第二種類，並且當識別出該血液為該第一種類時，利用一第一測量方法求得該血液的一特徵值；當識別出該血液為該第二種類時，利用一第二測量方法求得該血液的該特徵值。

一實施例中，該第一種類為一指尖血，而該第一測量方法為一指尖血糖計算方法，該第二種類為一靜脈血，而該第二測量方法為一靜脈血糖計算方法，且該特徵值為至一血糖值。

一實施例中，該執行程序包含：通過該電化學感測器求得該血液的一電壓訊號，並依據該電壓訊號及時間，求得係為電壓及時間之關係曲線的一電壓曲線，並且辯識該電壓曲線是否具有一雜訊干擾區域；當該電壓曲線具有該雜訊干擾區域時，則判斷該血液為該指尖血，並利用該指尖血糖計算方法來求得該血液的該血糖值；而當該電壓曲線不具有該雜訊干擾區域時，則判斷該血液為該靜脈血，並利用該靜脈血糖計算方法來求得該血液的該血糖值。

一實施例中，該放大模組包含串聯的一第一切換器及一第一電容器；以及串聯的一第二切換器及一第二電容器，其中該第二電容器的電容值小於該第一電容器的電容值。該求得係為電壓及時間之關係曲線的一電壓曲線的步驟更包含：斷開該第一切換器且開通該第二切換器，藉以利用該第二電容器過濾該電壓訊號的至少一雜訊，當測得該電壓訊號達到一臨界電壓時，斷開該第二切換器且開通該第一切換器，藉以利用該第二電容器過濾該電壓訊號的至少另一雜訊，而且該利用該指尖血糖計算方法來求得該血液的該血糖值的步驟；或該利用該靜脈血糖計算方法來求得該血液的該血糖值的步驟，是依據被該第一電容器過濾後的該電壓訊號求得該血液的該血糖值。

依據本發明一實施例的電化學感測模組及方法，能夠自動地辨識血液之種類，並針對不同的種類使用不同的量測方法來求得血液的一特徵值，因此能夠求得較精準的血液的特徵值。一實施例中，電化學感測器的第一電容器及第二電容器具有不同的電容值，且預先利用較小的電容值的第二電容器來過濾電壓訊號的至少一雜訊，能夠有效地保留人體所產生的雜訊，過濾非預期雜訊，可以更有效地求得雜訊干擾區域，最後再利用較大的電容值的第一電容器311過濾電壓訊號的至少另一雜訊，再依據被該第一電容器過濾後的該電壓訊號求得血液的特徵值，藉以求得較少雜訊干擾的較精準的血液的特徵值。

100:電化學感測模組

110:電化學測試片

11a:參考電極

11b:工作電極

11c:反應區

200:電化學感測器

211:參考電極接觸點

212:工作電極接觸點

220:參考電壓源

240:類比數位轉換電路

250:處理器

260:顯示器

270:計時器

300:電化學感測模組

310:放大模組

310a:放大模組

311:第一電容器

312:第二電容器

313:放大器

320:電化學感測器

330:血液

350:處理單元

351:處理器

352:辨識單元

CE:參考電極

Output:輸出端

SW1:第一切換器

SW2:第二切換器

WE:工作電極

圖1顯示習知電化學感測模組之方塊圖。

圖2A顯示本發明一實施例之電化學感測模組的方塊圖。

圖2B顯示本發明一實施例之用於電化學感測器之放大模組的電路圖。

圖3顯示本發明一實施例之靜脈血的電容濾波波形的圖。

圖4顯示本發明一實施例之指尖血的電容濾波波形的圖。

圖5顯示本發明一實施例之用於電化學感測器之放大模組的電路圖。

圖6顯示本發明一實施例之電化學感測方法的流程圖。

圖2A顯示本發明一實施例之電化學感測模組的方塊圖。如圖2A所示，於一實施例中，電化學感測模組300包含一電化學測試片110及電化學感測器320。電化學測試片110包含隔開之一工作電極11b、一參考電極11a及一含有特定用於待分析物且作為氧化還原試劑的酵素。操作時，將一血液330置入於電化學測試片110的一反應區11c內，再利用電化學感測器320進行檢測。電化學感測器320包含一參考電極接觸點211、一工作電極接觸點212、一參考電壓源220、一類比數位轉換電路240、一處理單元350及一顯示器260。處理單元350包含一處理器351及一辨識單元352。於一實施例中，辨識單元352可以儲存有一執行程序或程式並由處理器351執行。於一實施例中，辨識單元352亦可以為能夠運行該執行程序的晶片。一實施例中，類比數位轉換電路240包含一放大模組310。此外，類比數位轉換電路240可以包含一電流電壓轉換電路，用以將一電流信號轉換為一電壓訊號。

於一實施例中，在血液330(blood)流入試片中的流道，且在參考電極CE及工作電極WE之間時，電化學感測器200能夠感測到一電流信號。類比數位轉換電路240處理一電流信號並求得一電壓訊號後傳送至處理單元350。圖2B顯示本發明一實施例之用於電化學感測器之放大模組的電路圖。如圖2B所示，本發明一實施例，放大模組310包含一第一切換器SW1、一第二切換器SW2、一第一電容器311、一第二電容器312及一放大器313。串聯的第一切換器SW1及第一電容器311連接於工作電極WE及輸出端Output之間。串聯的第二切換器SW2及第二電容器312連接於工作電極WE及輸出端Output之間。放大器313連接於工作電極WE及輸出端Output之間。

較佳的情況是，放大器313；串聯的第一切換器SW1及第一電容器311；以及串聯的第二切換器SW2及第二電容器312分別並聯連接。一實施例中，利用第一切換器SW1和第二切換器SW2來決定是否跳過(bypass)放大器313。一實施例中，第一電容器311及第二電容器312的電容值相異，通過第一切換器SW1及第二切換器SW2的切換，能夠利用相異的電容值，過濾具有不同程度之振幅的電壓訊號或電壓曲線。該電壓曲線為電壓及時間的關係曲線。

經發明人仔細研究發現，人體可視為一種天線，把環境中60Hz電源線的訊號，透過人體，感應到電化學感測器320所測得的電壓訊號中，使得該測得的電壓訊號中具有波動。然而，靜脈血通常不會碰到人體，靜脈血被抽出後，會被點在塑膠片(例如mylar等)上，再將塑膠片上的血液置於參考電極CE及工作電極WE間，而能夠測得電壓訊號。由於塑膠片非導體，因此不會或者較不容易將環境中雜訊，感應到電化學感測器320所測得的電壓訊號中。

在習知的電化學感測器200測量血糖值的過程中，為了要精準地量測血糖值，通常需要將雜訊過濾掉，因此在沒有特殊處理的情況下，都會將環境中的雜訊過濾掉。因此，習知的電化學感測器200不會去計算例如人體等的環境雜訊。

依據本發明一實施例中，使第二電容器312具有較小的電容值，並使第一電容器311具有較大的電容值，亦即第二電容器312的電容值小於第一電容器311的電容值。在操作時，預先斷開第一切換器SW1且開通第二切換器SW2，以通過第二切換器SW2進行小幅度的過濾，有效地保留人體所感應的雜訊，用以使電化學感測器320能夠偵測到人體所感應到的環境雜訊。等到電壓達到一臨界電壓時，再斷開第二切換器SW2且開通第一切換器SW1，以通過第一電容器311進行大幅度的過濾，藉以過濾大部分的雜訊，進而較精準地求得較少雜訊干擾的血糖值。此外，臨界電壓可以依據產品的不同而可以自行的預設，舉例而言可以為0.5v。

圖3顯示本發明一實施例之靜脈血的電容濾波波形的圖。如圖3所示，當將已有靜脈血的試片，插入於電化學感測器320時，預先斷開第一切換器SW1且開通第二切換器SW2，以通過第二電容器312進行小幅度的過濾，電化學感測器320會先測得一平坦區域，此為插入試片階段。由於靜脈血沒有人體作為天線，所測得的電壓曲線，在血液進入之前較無雜訊干擾，等到血液到達參考電極CE及工作電極WE之間時，電壓會爬升，直到測得臨界電壓例如0.5v。當電化學感測器320測得臨界電壓時，再斷開第二切換器SW2且開通第一切換器SW1，以通過第一電容器311進行大幅度的過濾，藉以過濾大部分的雜訊而較精準地求得較少雜訊干擾的血糖值。

圖4顯示本發明一實施例之指尖血的電容濾波波形的圖。如圖4所示，將試片插入於電化學感測器320時，預先斷開第一切換器SW1且開通第二切換器SW2，以通過第二切換器SW2進行小幅度的過濾，電化學感測器320會先測得一平坦區域，此為插入試片階段。將指尖血點在試片上後，血液會流入試片的流道，並以人體作為天線，將環境雜訊感應到電化學感測器320所測得的電壓中，而會有「進血前雜訊干擾」的區域。在血液逐漸地流到參考電極CE及工作電極WE之間時，所測得的電壓會爬升，直到測得臨界電壓例如0.5v。當電化學感測器320測得臨界電壓時，再斷開第二切換器SW2且開通第一切換器SW1，以通過第一電容器311進行大幅度的過濾，藉以過濾大部分的雜訊而較精準地求得較少雜訊干擾的血糖值。

依據本發明一實施例中，處理單元350可以包含一辨識單元352，其能夠利用一執行程序來辨識出例如為血液330的種類。隨後，電化學感測模組300再針對不同的種類，利用不同的量測方法求得血液330中的待分析物(例如血糖)的特徵值。

更具體而言，處理單元350的辨識單元352，可以辯識電化學感測器320所量測得的一電壓曲線是否具有一雜訊干擾區域，該雜訊干擾區域可以為「進血前雜訊干擾」的區域。當辨識單元352辯識出電壓曲線具有該「進血前雜訊干擾」的區域(如圖4所示)時，則判斷血液330為指尖血，此時再利用一指尖血糖計算方法來求得血液的血糖值。當辨識單元352辯識出電壓曲線不具有該「進血前雜訊干擾」的區域(如圖3所示)時，則判斷血液330為靜脈血，此時再利用一靜脈血糖計算方法來求得血液的血糖值。

關於指尖血和靜脈血的檢體，兩者檢體的溫度不一樣，而且兩者的含氧量也不一樣，因此用相同的血糖計算方法來量測指尖血和靜脈血時，兩者所量測到的血糖量會不一樣。依據本實施例的電化學感測器320，由於針對不同的血液種類，而使用不同的血糖計算方法來量測血糖值時，可以得到較精準的血糖值。

雖然圖2B實施例是以形成有兩個切換器及兩個電容器作為示例來說明，然而於一實施例中，亦可以僅使用串聯的一個切換器及一個電容器。圖5顯示本發明一實施例之用於電化學感測器之放大模組的電路圖。舉例而言，如圖5所示，放大模組310a可以省略第二切換器SW2及第二電容器312，而保留第一切換器SW1及第一電容器311，並且使用指尖血作為樣品。依據本實施例，將試片插入於電化學感測器320時，電化學感測器320會先測得一平坦區域，此為「插入試片」的區域。將指尖血點在試片上後，血液會流入試片的流道，並以人體作為天線，將環境雜訊感應到電化學感測器320所測得的電壓中，而會有「進血前雜訊干擾」的區域。在血液逐漸地流到參考電極CE及工作電極WE之間時，所測得的電壓會爬升，直到測得臨界電壓例如0.5v。當電化學感測器320測得臨界電壓時，開通第一切換器SW1，以較精準地偵測血糖值。

圖6顯示本發明一實施例之電化學感測方法的流程圖。如圖6所示，本實施例之電化學感測方法包含以下步驟。

步驟S02：利用一電化學測試片110用以接受一血液330。

步驟S04：使電化學測試片110電連接一電化學感測器320。

步驟S06：利用電化學感測器320執行一執行程序，藉以識別出血液330為一第一種類或一第二種類，並且當識別出血液330為第一種類時，利用一第一測量方法求得血液330的特徵值；當識別出血液330為第二種類時，利用一第二測量方法求得血液330的特徵值。

一實施例中，第一種類為一指尖血，而第一測量方法為一指尖血糖計算方法，第二種類為一靜脈血，而第二測量方法為一靜脈血糖計算方法，且特徵值為至一血糖值。一實施例中，前述執行程序包含以下步驟。

步驟S62：通過電化學感測器320求得血液330的一電壓訊號，並依據該電壓訊號及時間，求得係為電壓及時間之關係曲線的一電壓曲線，並且辯識該電壓曲線是否具有一雜訊干擾區域。

步驟S64：當該電壓曲線具有該雜訊干擾區域時，則判斷血液330為指尖血，並利用指尖血糖計算方法來求得血液330的血糖值；而當該電壓曲線不具有該雜訊干擾區域時，則判斷血液330為靜脈血，並利用靜脈血糖計算方法來求得血液330的血糖值。

綜上所述，依據本發明一實施例的電化學感測模組及方法，能夠自動地辨識血液之種類，並針對不同的種類使用不同的量測方法來求得血液的一特徵值，因此能夠求得較精準的血液的特徵值。一實施例中，電化學感測器320的第一電容器311及第二電容器312具有不同的電容值，且預先利用較小的電容值的第二電容器312來過濾電壓訊號的至少一雜訊，能夠有效地保留人體所產生的雜訊，過濾非預期雜訊，可以更有效地求得雜訊干擾區域，最後再利用較大的電容值的第一電容器311過濾電壓訊號的至少另一雜訊，再依據被該第一電容器過濾後的該電壓訊號求得血液的特徵值，藉以求得較少雜訊干擾的較精準的血液的特徵值。