TWI785059B - 用於生物感測器之錯誤檢查之方法及量測儀器 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於判定具有兩個周邊電極、一遠端電極及一近端電極之一生物感測器之一故障安全值之方法及系統。一液體量測介質施加於該生物感測器之一毛細管通道。該方法包含：將一交流電壓施加於該周邊電極及該近端電極；量測導電性以判定該周邊電極與該近端電極之間的一第一阻抗；將該交流電壓施加於該周邊電極及該遠端電極；量測導電性以判定該周邊電極與該遠端電極之間的一第二阻抗；使用該第一阻抗及該第二阻抗判定一值；及若該值超出容限，則將一錯誤訊息提供至使用者。若該值超出容限，則電極中之缺陷或缺口及/或一反應區中之試劑存在且該方法不接受測試結果。

Description

用於生物感測器之錯誤檢查之方法及量測儀器
本申請案大體上係關於工程及醫療診斷，且更特定言之，本申請案係關於具有多個電極之電化學生物感測器，其經配置以比較此等多個電極之間之阻抗量測以偵測電極缺口及/或試劑缺陷。
便宜拋棄式電化學生物感測器一般採用形成於一撓性或半剛性基板上之一或兩個薄導電層。導電層形成為生物感測器上之電極、跡線及接觸墊，其中將生物感測器之反應區連接至一測試計中之電子電路之導電跡線之電阻率可量測數百歐姆或以上。此電阻引起沿跡線之長度之一電位降，使得向反應區中之量測電極呈現之電位小於在生物感測器之一接觸區中由測試計施加於生物感測器之接觸墊之電位。此等基板易受可對導電跡線施加應力或使導電跡線斷裂之多個實體應力影響。應力可在製造、裝運、使用者處置或極度儲存條件期間出現。一應力可為一系列斷裂或部分破裂從而產生高得出奇的跡線阻抗。一劇烈應力可產生一斷路或一或多個電極中之缺口。可藉由確認完整迴路電阻或量測斷路而偵測連接跡線中之電極缺口。一主動反應區中之電極缺口可能難以偵測及不利地影響一生物感測器之正常操作，藉此將一錯誤引入所報告之結果中。
電化學生物感測器之製程亦可包含連續施加可傾向於在乾燥之後開裂之一試劑膜。試劑膜中之開裂在製程期間因各種環境之任一環境發生。例如，當在試劑附近或穿過試劑機械地切割時，可發生開裂。作為另一實例，裂開可歸因於製造期間之諸如基底基板之扭轉、彎曲、伸展或撓曲之實體應力而發生。作為又一實例，當在一電化學生物感測器之製程期間將基底基板壓縮或狹縮於導引輥上之碎屑或點缺陷上時，可發生開裂。
另外，試劑膜亦可隨時間(尤其在短暫重複或單一長期曝露於高相對濕度之後)形成裂縫。一乾燥試劑膜由於其趨向於吸收水分而有意略微親水。當曝露時間或相對濕度增加時，試劑膜可部分地與水化合，且在乾燥之後實體上重新配置。一重組試劑膜可不如預期均質且更傾向於分離及/或開裂。一開裂試劑膜可取決於相對黏著性、彈性及厚度而延伸至下伏導電跡線及非導電支撐基底材料中。若試劑裂縫嚴重，則其可引起一生物感測器之主動反應區中之電極缺口。電極缺口可引起包含多個總斷路之功能性之一損失，或更隱微地將一有效電極或工作電極之區域更改為反電極阻抗，從而無法偵測地及不期望地影響所要分析物濃度之一準確校正或運算。
在電化學生物感測器之一些製程中，最常見問題係一外反電極中之缺口，其可歸因於當切穿試劑及撓性基底時產生於毛細管入口附近之加劇試劑裂縫。例如，由於反應區中存在兩個反電極片段，因此一反電極區域係一工作電極區域之至少1.5倍。僅位於外反電極中之一缺陷或缺口將對生物感測器之DC回應具有最小影響，生物感測器之DC回應與工作電極區域成比例。影響其功能區域之工作電極完整性之任何缺陷將對DC回應具有一線性負面影響，且可能非有意地增加工作電極至反電極阻抗。一有缺陷反電極片段可能不會不利地影響DC回應，但可引起工作電極至反電極阻抗表現為顯著高於預期，從而導致一過度校正分析物濃度。
因此，需要改良此領域。
本發明揭示一種識別一生物感測器中之一偵測或反應區之表面中之偏差以減少或消除錯誤值之產生之方法。該生物感測器包含定位於一毛細管通道中或附近之一試劑以及該等偵測及反應區中之電極結構之任何適合配置。此等可包含(但不限於)一工作電極、一或多個反電極及一或多個對應樣本充分性電極。
在操作中，一低振幅、高頻AC信號施加於一周邊電極與最近端電極之間，且量測一第一阻抗。一類似AC信號施加於相同周邊電極與一較遠端電極之間，且量測一對應第二阻抗。歸因於電極之空間關係，該周邊電極與該近端電極之間的阻抗應小於該周邊電極與該遠端電極之間的阻抗。比較此等兩個阻抗之實部在一廣泛測試及材料條件範圍內提供有效近端或遠端電極缺口缺陷偵測。藉由使用一第二周邊電極以重複序列來增強電極缺口偵測。
一故障安全提供一種用於識別在反應區中具有一或多個受損電極之生物感測器之方法或方式。藉由比較一電極與其兩個最近相鄰者之間的阻抗，可評估較接近電極之完整性之一合理評估。若該基底(周邊)電極與該最近端電極之間的阻抗高於相同基底電極與一較遠端電極之間的阻抗，則該近端電極最有可能有缺陷。此等電阻之比率應接近統一且本質上對材料、製造、環境條件或試液中之正常變動不敏感。利用低振幅，高頻AC信號最小化用於極化或干擾用於評估分析物濃度之電化學電池之電位。
方法亦包含提供具有一電極支撐基板之一生物感測器，一第一電極安置於電極支撐基板上。該第一電極包含一第一本體部分及自該第一本體部分延伸之一連接頸。該電極支撐基板亦具有安置於其上之一第二電極，其中該第二電極包含一第二本體部分及一對相對連接頸。該對相對連接頸之各者自該第二本體部分之一各自端延伸。另外，至少兩個樣本充分性電極提供於該電極支撐基板上，該等樣本充分性電極之各者沿該電極支撐基板之一各自側邊緣定位，該等樣本充分性電極界定介於其中之一間隙。一間隔件亦安置於該電極支撐基板上，其中該間隔件包含界定形成於一蓋與該電極支撐基板之間的一毛細管通道之一邊界之至少一邊緣。再者，該至少兩個樣本充分性電極包圍該毛細管通道中之該第一電極，從而在該第一電極周圍形成一迴路電路。該第二電極之該第二本體部分及該對相對連接頸包圍該毛細管通道中之該第一電極，從而在該第一電極周圍形成一迴路電路。替代生物感測器包含其他電極型樣，包含具有三個或四個電極之生物感測器，其中可判定該故障安全。
態樣1係關於一種用於一生物感測器之錯誤檢查之方法，其包括：將一液體量測介質加於該生物感測器上之一周邊電極、一近端電極及一遠端電極；將一交流電壓施加於該周邊電極及該近端電極；量測用於判定該周邊電極與該近端電極之間的一第一阻抗之電導率；將該交流電壓施加於該周邊電極及該遠端電極；量測用於判定該周邊電極與該遠端電極之間的一第二阻抗之電導率；使用該第一阻抗及該第二阻抗判定一值；及若該值超出容限，則提供一錯誤訊息。
態樣2係關於態樣1之方法，其中該周邊電極係一樣本充分性反電極。
態樣3係關於根據態樣1之方法，其中該周邊電極係一樣本充分性工作電極。
態樣4係關於根據態樣1至3中任一者之方法，其中該周邊電極係一工作電極或一反電極之一者，而該遠端電極係該工作電極或該反電極之另一者。
態樣5係關於根據態樣1至4中任一者之方法，其進一步包括偵測該近端電極中之一缺陷。
態樣6係關於根據態樣1至5中任一者之方法，其進一步包括偵測該遠端電極中之一缺陷。
態樣7係關於根據態樣1至6中任一者之方法，其中該值係形成於該第一阻抗與該第二阻抗之間之一比率。
態樣8係關於根據態樣7之方法，其中若該值小於1.0則提供該錯誤訊息發生，該周邊電極係一樣本充分性工作電極，該近端電極係一工作電極而該遠端電極係一反電極。
態樣9係關於根據態樣7之方法，其中若該值大於於1.0則提供該錯誤訊息發生，該周邊電極係一樣本充分性反電極，該近端電極係一工作電極而該遠端電極係一反電極。
態樣10係關於根據態樣1至9中任一者之方法，其中該值係一比率ZREAL (周邊電極-近端電極)/ZREAL (周邊電極-遠端電極)，其中該值小於1.0指示該遠端電極有缺陷。
態樣11係關於根據態樣1至10中任一者之方法，其中該值係一比率ZREAL (周邊電極-近端電極)/ZREAL (周邊電極-遠端電極)，其中該值大於1.0指示該近端電極有缺陷。
態樣12係關於根據態樣1至9中任一者之方法，其進一步包括：將該交流電壓施加於一第二周邊電極及該近端電極；量測用於判定該第二周邊電極與該近端電極之間的一第三阻抗之電導率；將該交流電壓施加於該第二周邊電極及該遠端電極；量測用於判定該第二周邊電極與該遠端電極之間的一第四阻抗之電導率；使用該第三阻抗及該第四阻抗判定一第二值；及若該第二值超出容限，則提供一第二錯誤訊息。
態樣13係關於一種用於一生物感測器之錯誤檢查之量測儀器，該儀器包括：接點，其等電連接至該生物感測器上之一第一周邊電極、一第二周邊電極、一近端電極及一遠端電極；電子器件，其等產生一測試電壓且偵測來自該第一周邊電極、該第二周邊電極、該近端電極及該遠端電極之感測器信號；一處理器，其經程式化以：將一交流電壓施加於該生物感測器之該等電極之兩者，其中該等電極之一者係該第一周邊電極或該第二周邊電極，而該等電極之該第二者係該近端電極或該遠端電極且量測用於判定該兩個電極之間的一第一阻抗之電導率，將該交流電壓施加於該生物感測器之剩餘兩個電極且量測用於判定該剩餘兩個電極之間的一第二阻抗之電導率；使用該第一阻抗及該第二阻抗判定一值；及若該值超出容限，則提供一錯誤訊息；及一輸出單元，其提供該錯誤訊息。
態樣14係關於態樣13之儀器，其中該值係形成於該第一阻抗與該第二阻抗之間之一比率。
態樣15係關於根據態樣13至14中任一者之儀器，其中若該值小於1.0則提供該錯誤訊息發生，該第一周邊電極係一樣本充分性工作電極，該近端電極係一工作電極而該遠端電極係一反電極。
態樣16係關於根據態樣13至14中任一者之儀器，其中若該值大於1.0則提供該錯誤訊息發生，該第二周邊電極係一樣本充分性反電極，該近端電極係一工作電極而該遠端電極係一反電極。
將自隨此提供之一詳細描述及圖式明白本發明之進一步形式、目的、特徵、態樣、益處、優點及實施例。
為了促進本發明之原理之一理解，現將參考圖式中所繪示之實施例且特定語言將用於描述圖式中所繪示之實施例。然而，應理解不意欲藉此限制本發明之範疇。預期如熟習與本發明相關之技術者通常將想到之如本文所描述之所描述之實施例中之任何變更及進一步修改及本發明之原理之任何進一步應用。極詳細地展示本發明之一實施例，但熟習相關技術者應明白，為了闡明起見可不展示與本發明無關之一些特徵。
本申請案描述一種方法，其達成識別一生物感測器之反應區中之受損電極且因此防止產生錯誤量測值。圖1中繪示經採用以達成此結果之動作。在100處，以一液體量測介質填充生物感測器之一毛細管通道。一液體量測介質之一些實例包含諸如血液、血清、血漿、唾液之一體液、一水性環境樣本、一程序液體、一水性對照物或一校準液。
在110處，將一交流電壓施加於一周邊電極與一近端電極之間，且在120處量測跨越該樣本之該交流電壓(阻抗)，從而給出一第一阻抗量測。在130處，亦將一交流電壓施加於該周邊電極與一遠端電極之間，且在步驟140中量測跨越該樣本之一第二阻抗量測。在150處，判定及比較此等第一及第二阻抗之實部。在160處，若來自步驟150之值超出容限，則將一輸出錯誤或故障安全錯誤提供至使用者。如下文所討論，此容限可為諸如大於大約1.0、大於大約1.043、大於大約1.100或以上之一值之任何適合值。介於1.0與大約1.1之間的值可被視為正常，而小於大約1.0或小於大約0.097之值亦可指示故障。
藉由針對一生物感測器中之多個不同電極之任何者複製此一般序列而增強電極缺口偵測。在170處，將該交流電壓施加於一第二周邊電極與該近端電極之間，且在180處量測跨越該樣本之該交流電壓(阻抗)，從而給出一第三阻抗量測。在190處，將該交流電壓施加於該第二周邊電極與該遠端電極之間，且在200處量測跨越該樣本之阻抗，從而產生一第四阻抗量測。在210處，判定及比較此等兩個阻抗之實部。在220處，若來自210之值超出容限，則將一輸入錯誤或故障安全錯誤提供至使用者。如本文所討論，取決於測試哪個電極之一缺陷，此容限可為諸如大於1.0或小於1.0之一值之任何適合值。
圖1繪示可採用以識別在生物感測器電極中之不規則性之動作之一實例。可如圖1中所展示或以任何其他適合順序執行所揭示之阻抗量測及比較。例如，可在周邊電極與近端電極之間的阻抗之前量測周邊電極與遠端電極之間的阻抗。類似地，可在第二周邊電極與近端電極之間的阻抗之前量測第二周邊電極與遠端電極之間的阻抗。另外，可在電極之間量測額外阻抗，其等可存在於具有額外電極之一生物感測器中。在其他情況中，一生物感測器可具有較少電極且因此可相應地省略圖1中所展示之一些動作。
用於實施圖1之根據申請案之方法之一系統包含一生物感測器及一量測儀器。量測儀器含有至少一個交流電壓源及用於連接至生物感測器中之電極之接點。量測儀器亦包含：控制及量測電子器件，其用於在接點上產生電壓及偵測感測器信號；及至少一處理器，其用於在用於實施根據申請案之方法之一程式之基礎上比較感測器信號及使感測器信號相關。量測儀器進一步包含用於當值超出容限時提供一錯誤訊息之一輸出單元(例如燈、發光二極體、顯示器、資料介面、印表機、印表機連接等等)。軟體更新可提供至量測儀器以微調容限及量測程序之其他方面。
圖2在10處展示之一例示性生物感測器之一透視圖。圖2係圖2中所展示之生物感測器10之一平面圖。圖3係圖2中所展示之生物感測器10之一部分之一平面圖，其展示一例示性電極配置。在例示性實施例中，生物感測器10包含：一電極支撐基板12；一電導體14，其形成於電極支撐基板12上，該電導體14界定複數個電極跡線16、18、19、20、21及22；一間隔件23，其定位於電極支撐基板12上；及一蓋24，其定位於間隔件23上。在一些例項中，電導體14可形成使生物感測器10能夠如本文所描述運作之任何數目個電極跡線。然而，在圖2及圖3中，為了清楚起見而不展示間隔件23。
如圖1及圖2中所展示，生物感測器10可具有一實質上矩形形狀；然而，亦預期使生物感測器10能夠如本文所描述般運作之若干形式之任一者。另外，生物感測器10可為根據本發明之原理由材料捲、材料片或任何其他材料原料生產之複數個之任一者。一般而言，用於製造生物感測器10之材料選擇包含足夠撓性以用於捲加工但足夠剛性以給予成品生物感測器10有用勁度至之任何材料。
在例示性實施例中，生物感測器10之電極支撐基板12包含一第一表面42及一第二表面44，該第一表面42面向間隔件23，且該第二表面44與第一表面42相對。再者，電極支撐基板12具有相對第一及第二端46、48及延伸於第一及第二端46、48之間之相對側邊緣50、52。在一些例項中，電極支撐基板12之第一及第二端46、48及相對側邊緣50、52形成一大體上矩形形狀。替代地，第一及第二端46、48及相對側邊緣50、52可經配置以形成使生物感測器10能夠如本文所描述般運作之多種形狀及大小之任一者。在一些例項中，電極支撐基板12可由包含(但不限於)一聚酯或聚醯亞胺(諸如聚對萘二甲酸乙二酯(PEN))之一撓性聚合物製造。替代地，電極支撐基板12可由使電極支撐基板12能夠如本文所描述般運作之任何其他適合材料製造。
在例示性實施例中，形成電極跡線16、18、19、20、21及22之電導體14提供於電極支撐基板12之第一表面42上。電導體14可由包含(但不限於)鋁、碳(例如石墨)、鈷、銅、鎵、金、銦、銥、鐵、鉛、鎂、汞(例如一汞齊)、鎳、鈮、鋨、鈀、鉑、錸、銠、硒、矽(例如高度摻雜多晶矽)、銀、鉭、錫、鈦、鎢、鈾、釩、鋅、鋯及其等之組合物之材料製造。在一些例項中，電極跡線16、18、19、20、21及22藉由雷射剝蝕或雷射刻劃與電導體14之剩餘部分隔離，雷射剝蝕及雷射刻劃兩者均為本設計中所熟知。依此方式，可藉由自延伸於電極周圍之一區域廣泛地(諸如藉由廣域剝離)或最小地(諸如藉由線刻劃)移除電導體14而製造電極跡線16、18、19、20、21及22。替代地，電極跡線16、18、19、20、21及22可由諸如(例如)層壓、網版印刷、光微影等等之其他技術製造。
在例示性實施例中，生物感測器10係一全寬端劑量(「FWED」；具有約束於一側上之一毛細管通道)生物感測器，其具有一毛細管通道26或位於電極支撐基板之第一端46處之一入口。然而，預期毛細管通道26亦可為一習知毛細管通道(即約束於一側以上)。在一FWED生物感測器中，間隔件23延伸於電極支撐基板12之相對側邊緣50、52之間以形成部分具有一蓋之毛細管通道。預期間隔件23可由一單一組件或甚至複數個組件製造。無論如何，間隔件23應包含實質上平行於且面向電極支撐基板12之第一端46之一端邊緣28，藉此藉由延伸跨越電極支撐基板12之整個寬度而界定一毛細管通道26之一邊界。替代地，且如上文所述，端邊緣28可包含位於電極支撐基板12之第一及第二端46、48及相對側邊緣50、52之間之多個部分，以形成一大體上U形圖案以界定具有位於生物感測器10之第一端46處之一樣本入口(圖中未展示)之毛細管通道26之邊界。其他適合實施例預期形成半長圓、半圓形或其他形狀毛細管通道之端邊緣28，且端邊緣28之部分之一或多者可包含沿其所有或部分長度之線性或非線性邊緣(圖中未展示)。
間隔件23由諸如(例如)包含一塗有黏著劑之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)-聚酯之一撓性聚合物之一絕緣材料製造。一適合材料之一特定非限制性實例包含一白色PET膜，其兩側均塗有一壓感黏著劑。間隔件23可由多種材料構造且包含可使用多種商用黏著劑之任一者或一組合耦合至電極支撐基板12之第一表面42之一內表面25。另外，當支撐基板12之第一表面42曝露且未由電導體14覆蓋時，蓋24可藉由焊接(諸如熱或超聲波焊接)經耦合以支撐電極基板12。亦預期可使用(例如)產品標示或用於使用生物感測器10之指令(圖中未展示)印刷電極支撐基板12之第一表面42。
此外，在例示性實施例中，蓋24延伸於電極支撐基板12之相對側邊緣50、52之間且延伸至電極支撐基板12之第一端46。替代地，蓋24可延伸超出第一端46一預界定距離以使生物感測器10能夠如本文所描述般運作。因此，在例示性實施例中，毛細管通道26界定為蓋24與電極支撐基板12之間的空間，其以電極支撐基板12之第一端46及相對側邊緣50、52及間隔件23之端邊緣28為界。
蓋24可由諸如(例如)包含一PET聚酯之一撓性聚合物之一絕緣材料製造。一適合材料之一特定非限制性實例包含一透明或半透明PET膜。蓋24可由多種材料構造且包含可使用多種商用黏著劑之任一者或一組合耦合至間隔件23之一下表面27。另外，蓋24可藉由焊接(諸如熱或超聲波焊接)耦合至間隔件23。
在例示性實施例中，生物感測器10包含延伸跨越毛細管通道26且耦合至電極跡線18及19之一外反電極30及一內反電極32。另外，生物感測器10包含在毛細管通道26中定位於反電極30、32之間之一工作電極34。工作電極34耦合至跡線20及21。再者，生物感測器10亦包含定位於毛細管通道26中之耦合至電極跡線22之一樣本充分性工作電極(SSWE) 36及耦合至電極跡線16之一樣本充分性反電極(SSCE) 38。SSWE 36及SSCE 38定位為鄰近於電極支撐基板12之邊緣。
在例示性實施例中，SSWE 36由電極跡線22耦合至接觸墊SSE1，而SSCE 38由電極跡線16耦合至接觸墊SSE2。同樣地，外反電極30及內反電極32耦合至電極跡線18、19。如圖3所展示，電極跡線18耦合至接觸墊CE，而電極跡線19耦合至接觸墊CS、B及A。再者，工作電極34耦合至電極跡線20及21，其中電極跡線20耦合至接觸墊WE，而電極跡線21耦合至接觸墊WS。一旦生物感測器10插入一測試計(圖中未展示)中，此等接觸墊在生物感測器10上提供一導電區域以由該測試計之一連接器接點接觸。進一步預期電極之組態、電極之數目以及電極之間的間隔可根據本發明變動。因此，生物感測器10可包含大於或小於本文所繪示之電極數目之電極。
在例示性實施例中，工作電極34界定毛細管通道26中之一有效工作電極區域。有效工作電極區域係當毛細管通道26包含足以起始一量測序列之流體樣本之體積時接觸毛細管通道26中之一流體樣本之工作電極之區域。如圖4中所見，工作電極34包含一主體部分60及一連接頸62，該主體部分60橫向延伸於電極支撐基板12之相對側邊緣50、52之間，該連接頸62自主體部分60跨越毛細管通道26之邊緣28延伸(即自主體部分60橫向地朝向生物感測器10之與毛細管通道26相對之端48)。連接頸62耦合至沿電極支撐基板12之一側延伸之電極跡線20、21。間隔件23經定位使得邊緣28跨越連接頸62延伸且使得主體部分60整個定位於毛細管通道26內。電化學偵測試劑可定位於工作電極34上，其提供對特定分析物之電化學探測。特定試劑之選擇取決於係本技術中所熟知之待量測之該(等)分析物。可用於生物感測器10中之一偵測試劑之一實例係用於量測來自諸如一全血樣本之一體液樣本之葡萄糖之一試劑。
在例示性實施例中，內反電極32及外反電極30連接至沿電極支撐基板12之一側延伸之電極跡線18、19。外反電極30橫向延伸於電極支撐基板12之相對側邊緣50、52之間，且包含各自一主體部分70延伸跨越毛細管通道26之邊緣28 (即自主體部分70橫向地朝向生物感測器10之與毛細管通道26相對之端48)之一延伸跡線68及一連接頸66。再者，毛細管通道26之邊緣28沿內反電極32延伸且與內反電極32部分重疊。在一些例項中，電化學偵測試劑可定位於內反電極32及外反電極30上。如上所述，偵測試劑提供對特定分析物之電化學探測且在尤其用於量測葡萄糖之技術中係熟知的。
生物感測器10在圖3及圖4中繪示利用一合理對稱幾何形狀之一有效電極區域。如圖5中所繪示，首先藉由快速量測外反電極30與工作電極34之間的阻抗來偵測一樣本施加。隨後，一旦超出一最小電導率，類似地藉由快速量測SSCE 38與SSWE 36之間的阻抗而判定樣本充分性。若SSCE 38與SSWE 36之間的電導率在一可程式化逾時間隔內超出一可程式化臨限值，則認為對生物感測器10可接受地施以劑量(圖5)，且一分析物濃度量測序列可開始。若在一允許時間內未超過一最小樣本充分性電導率，則指示一錯誤且中止序列。SSCE 38及SSWE 36主要意欲確保外反電極30及工作電極34經適當地覆蓋以可靠地繼續進行一分析物量測。
圖2至圖4中之生物感測器10僅繪示用於特定分析物之電化學偵測之電極之許多可能配置之一實例。然而，所討論之原理可適用於一生物感測器中之任何適合幾何形狀之電極。例如，方法可應用於具有多個工作電極及一單一反電極之生物感測器或具有近端電極、遠端電極及周邊電極之任何適合構形之生物感測器。類似地，就具有一或多個反電極、一或多個工作電極及執行類似於所揭示之SSCE及SSWE電極之一功能之電極之任何適合配置之生物感測器而言，所揭示之方法可係有效的。不應基於用於所揭示之實例中之電極之特定命名慣例而暗示限制。術語「遠端」、「近端」、「工作」及諸如「SSWE」及「SSCE」之縮略語亦係例示性的而非限制。其他生物感測器及量測器件可將不同名稱用於各種電極，但仍適用本文所揭示之原理。
經組態以使用生物感測器10之測試計或其他器件包含一類比開關矩陣80，其允許個別或多個電極接點至所要恆定電位器功能(圖6)之可程式化連接。開關矩陣80類似於一交叉點開關，其允許恆定電位器之激勵及回應功能至一校準負載(RCAL)或高達7個生物感測器接點之任何組合之可重新組態連接。一或多個感測器接點可連接在一起以聯合或擴展一所要功能。儀器放大器之輸入選擇正激勵回饋及負激勵回饋(感測)輸入。此等輸入可藉由閉合適當P及/或N個開關而選自一生物感測器接點，或藉由閉合圖6中之垂直開關之一或兩者而選擇為開關背面之局部回饋。開關矩陣80使得恆定電位器能夠使用用於遠端激勵感測偵測之工作感測及相對感測連接訊問外反電極30及工作電極34，接著連接至SSWE 36及SSCE 38。開關矩陣80允許可程式化選擇用於偵測非意欲生物感測器連接(短路)之多個交替電極連接或量測形成於電極支撐基板12上之其他網路。經組態以使用生物感測器10之測試計或其他器件經組態以將諸如(例如)一AC信號之一信號施加於生物感測器10，以在使用生物感測器10分析生物流體之前檢查沿外反電極30及/或工作電極34之電連續性。沿外反電極30及/或工作電極34之一不連續性導致生物感測器10已可能經受實體損壞之一指示。因此，測試計可警示使用者生物感測器10未通過完整性檢查，且因此應被廢棄(即，測試結果故障安全)。若生物感測器10通過完整性檢查(即，測試計確認沿外反電極30及/或工作電極34之連續性)，則計可提醒使用者生物感測器10使用起來安全。
在一第一安全故障中，一方法使用有效電極之空間對稱性偵測外反電極30中之一缺口。通常，SSWE 36或SSCE 38與外反電極30之間的阻抗應歸因於外反電極30與SSWE 36及SSCE 38之任一者之接近性或鄰近性而更受外反電極30影響。由於兩個阻抗同等地受試劑流動速率、溶液電導率、環境條件及金屬電阻率影響，因此|Z|SSWE-CE 與|Z|SSCE-CE 之比率應追蹤此等條件。在一實施例中，如下文所描述施加顯著小於甚至將部分地產生一葡萄糖相依電流之DC電位差之振幅之AC信號。將一低振幅、高頻AC信號施加於外反電極30與諸如SSWE 36之一周邊電極之間且將阻抗量測為|Z|SSWE-CE 之絕對值。接著，將低振幅、高頻AC信號施加於外反電極30與諸如SSCE 38之一周邊電極之間且將阻抗量測為|Z|SSCE-CE 之絕對值。比較自SSCE 38至外反電極30之阻抗與自SSWE 36至外反電極30之阻抗。若外反電極30中不存在一缺口或缺陷，則外反電極30與諸如SSWE 36之周邊電極之間的阻抗應非常類似於或約等於具有相等區域及間隔之另一周邊電極，諸如圖7中所繪示之SSCE 38及外反電極30。若|Z|SSWE-CE 及|Z|SSCE-CE 相等或近似相等，且外反電極30、內反電極32、工作電極34、試劑及樣本關於SSWE 36及SSCE 38整體上顯得對稱，則外反電極30可推定為完整。換言之，外反電極30不具有任何缺口或缺陷且不存在故障安全。
圖8描繪等效於圖7之耦合但繪示外反電極30在外反電極30之一中間部分31附近某處斷開。圖8中自SSCE 38至外反電極30之阻抗將相當於圖7中之類似量測，但圖8中自SSWE 36至外反電極30之阻抗將較高，因為SSWE 36現定位為較遠離內反電極32(之一部分)。若反電極僅具有一外反電極30且不包含內反電極32，則效應甚至將更顯著。若 |Z|SSWE-CE 大於|Z|SSCE-CE ，則外反電極30最有可能受損或斷裂且已形成一斷路且將一故障安全提供至使用者。
在一第二故障安全中，一方法使用有效電極之空間對稱性來偵測工作電極34中之一缺口。在一實施例中，如下文所描述施加顯著小於甚至將部分地產生一葡萄糖相依電流之DC電位差之振幅之AC信號。將一低振幅、高頻AC信號施加於工作電極34與諸如SSWE 36之一周邊電極之間且將阻抗量測為|Z|SSWE-WE 。接著，將低振幅、高頻AC信號施加於工作電極34與諸如SSCE 38之一周邊電極之間且將阻抗量測為|Z|SSCE-WE 。比較自SSCE 38至工作電極34之阻抗之絕對值與自SSWE 36至工作電極34之阻抗之絕對值。工作電極34與諸如SSWE 36之一周邊電極之間的並排阻抗應可相當於工作電極34及具有類似區域及間隔之諸如SSCE 38之另一周邊電極。若|Z|SSWE-WE 等於或近似等於|Z|SSCE-WE ，則工作電極34可推定為完整。換言之，工作電極34不具有任何缺口或缺陷且不存在故障安全。若|Z|SSCE-WE 大於|Z|SSWE-WE ，則工作電極34最有可能受損或斷裂且已形成一斷路且將一故障安全提供至使用者。
圖9描繪在樣本電導率、基底金屬厚度、試劑膜厚度、先導年限、儲存條件、製造變動及測試溫度之一廣泛範圍內針對可能未受損、正常生物感測器10之以歐姆為單位量測之沿y軸標繪之|Z|SSWE-CE 及以歐姆為單位量測之沿x軸標繪之|Z|SSCE-CE 之測試結果。已發現阻抗比例近似等於1且在一形式中係大約0.987。
圖10描繪在樣本電導率、基底金屬厚度、試劑膜厚度、先導年限、儲存條件、製造變動及測試溫度之一廣泛範圍內針對可能未受損、正常生物感測器10之以歐姆為單位量測之沿y軸標繪之|Z|SSWE-WE 及以歐姆為單位量測之沿x軸標繪之|Z|SSCE-WE 之測試結果。已發現阻抗比例近似等於1且在一形式中係大約0.973。
就圖9及圖10而言，兩組測試結果之接近1:1關係相當有雜訊的。圖10標繪在圖9中以x±5σ極限測試之相同生物感測器10之|Z|SSWE-CE 至|Z|SSCE-CE 比率。圖10亦標繪來自經構造具有如下文所描述之圖12C中所繪示之各種電極缺口之生物感測器10之測試結果。一有效故障安全之目的將為可靠地識別超出此等限制之所有或幾乎所有受損感測器。
測試結果 使用生物感測器10構造一第一測試先導，其中生物感測器之各者在工作電極34及/或外反電極30之任何者中包含有意缺陷之一不同位置。有意缺陷在工作電極34及/或外反電極30中包含具有大約30 μm之一寬度之一電極缺口或間隙G。圖12A、圖12B及圖12C中繪示電極結構中之有意缺陷或電極缺口之總計15個不同位置。變動或電極缺口經設計以模擬丟失圖12C中所繪示之工作電極34及/或外反電極30之0%、25%、50%、75%或95%。圖12A亦包含以一放大圖展示之一實例(指定為捲4)。圖10中標繪自圖12C測試之生物感測器10之工作電極34及/或外反電極30中之電極缺口之10個變動之|Z|SSWE-CE 至|Z|SSCE-CE 阻抗且標記為捲3、捲4、捲5、捲6、捲9、捲10、捲11、捲15、捲16及捲17。試液包含经使用及施加於生物傳感器10之標記為捲3、捲4、捲5、捲6、捲9、捲10、捲11、捲15、捲16及捲17之多個葡萄糖濃度之水性線性溶液及室溫下之標稱血液。自圖10總結，82.3%之測試先導|Z|SSWE-CE 至|Z|SSCE-CE 比率在x±5σ極限內，或不優於一17.7%有效故障安全。
測試指示|Z|SSWE-CE 至|Z|SSCE-CE 比率之比率之一雙側比較不提供SSCE 38及SSWE 36之等效覆蓋率、接觸電阻及電極完整性中之不規則性之充分警告。因此，電極缺口檢查受限於如圖13中所繪示之一單側比較。此修改故障安全比較一周邊電極(SSCE 38或SSWE 36)與諸如主要電極(外反電極30)(圖13)之一近端電極之間的阻抗及相同周邊電極與一類似但更遠端副電極(工作電極34)(圖13)之間的阻抗。一「左側」檢查訊問SSWE 36阻抗而一「右側」檢查訊問SSCE 38阻抗。SSWE 36與更遠端工作電極34之間的阻抗應有意大於SSWE 36與較近(外)反電極30之間的阻抗。SSWE 36與未受損副電極(外反電極30或工作電極34)之間的阻抗深受樣本電導率、溫度、電極區域及金屬片電阻影響。
然而，就一給定樣本充分性電極(SSCE 38或SSWE 36)而言，此等效應應具有確定性而不考慮選定副電極。ZREAL (SSWE-WE)/ZREAL (SSWE-CE)遠端/近端阻抗比率應不受此等因素影響且一廣泛樣本及測試條件範圍內保持稍高於統一性。因此，若ZREAL (SSWE-WE)/ZREAL (SSWE-CE)遠端/近端阻抗比率小於大約1.005，則其原因可能為外反電極30斷裂或有缺陷且不如預期般連續不受干擾地延伸。
右側檢查類似地訊問SSCE 38。若比率ZREAL (SSCE-WE)/ZREAL (SSCE-CE)介於大約1.043與大約1.100之間，則其原因最有可能為外反電極30斷裂或有缺陷。若ZREAL (SSWE-WE)/ZREAL (SSWE-CE)遠端/近端阻抗比率大於大約1.100，則其最有可能歸因於一大ZREAL (SSCE-WE)阻抗，從而指示工作電極34斷裂或有缺陷。圖14A及圖14B展示標稱生物感測器10之單側ZREAL 關係在生物感測器年限、試劑厚度、製造極限、金屬化厚度、測試環境以及溶液類型及電導率(HCT)內極可預測。
為判定缺陷偵測能力，大約2,200個標稱生物感測器10之圖14A及圖14B阻抗資料標繪為阻抗比率(在圖15中標記為A而在圖16中標記為B)。各單側比率之標稱平均值x±5σ極限包含於圖15及圖16中。已發現SSCE側比率(圖16)不如SSWE側比率(圖15)可變，儘管其在圖17A及圖17B中不明顯。鄰近於標繪於圖15及圖16中之正常生物感測器10變動標繪來自測試先導之兩個有意缺陷之200個線性及血液樣本之單側SSWE及SSCE阻抗比率：丟失50%之工作電極34之捲17及丟失25%之外反電極30之捲5。自圖15發現單側SSWE阻抗比率無法可靠地區分測試先導捲17之工作電極34中之中點缺口與標稱材料，但容易地偵測測試先導捲5之25%斷裂反電極。換言之，單側SSWE阻抗比率在指示外反電極30中存在一電極缺口或缺陷之所有測試結果中小於1。自圖16發現單側SSCE阻抗比率對於區分捲5之外反電極30中之一缺口與標稱材料係無效的，但可靠地偵測測試先導捲17之工作電極34中之中點缺口之每個例項。換言之，單側SSCE阻抗比率在所有測試結果中大於1，此指示工作電極34中存在一電極缺口或缺陷。
圖17及圖13展示未受損生物感測器10上之線性及血液樣本之單側ZREAL 比率，其中所有測試先導在上先前所討論之捲3、4、5、6、9、10、11、15、16及17中誘發電極缺口。圖17標繪意欲偵測外反電極30中之缺口之比率ZREAL (SSWE-WE)/ZREAL (SSWE-CE)。此單側比率可靠地偵測各外反電極30缺陷，但無法區分具有一完整外反電極30及生物感測器10中之工作電極34中之一中點缺口之捲17與不具有任何電極缺口之正常生物感測器10。圖13係偵測工作電極34之之一缺口或缺陷之比率ZREAL (SSCE-WE)/ZREAL (SSCE-CE)。此比率ZREAL (SSCE-WE)/ZREAL (SSCE-CE)可靠地偵測由圖17中之比率ZREAL (SSWE-WE)/ZREAL (SSWE-CE)「遺漏」之捲17之工作電極34中之中點缺口。比率ZREAL (SSCE-WE)/ZREAL (SSCE-CE)捕獲經評估之捲3、4、5、6、9、10、11、15、16及17之工作電極34中之大多數剩餘缺口，但無法區分來自捲3、4及5之完整工作電極34與正常生物感測器10。歸因於產生一高ZREAL (SSCE-WE)之外反電極30之小突出段(歸因於工作電極34中之中點缺口而偏移高ZREAL (SSCE-WE))，比率ZREAL (SSCE-WE)/ZREAL (SSCE-CE)對於區分捲15 (工作電極34中之中點缺口及存在於生物感測器10上之外反電極30之5%)與不具有任何電極缺口之正常生物感測器10亦係無效的。比率ZREAL (SSWE-WE)/ZREAL (SSWE-CE)易於將捲15識別為有缺陷。比率ZREAL (SSCE-WE)/ZREAL (SSCE-CE)偵測規則對於捲9之完整工作電極34失效。捲9之比率ZREAL (SSCE-WE)/ZREAL (SSCE-CE)小於1，因為分子ZREAL (SSCE-WE)相對正常，但分母ZREAL (SSCE-CE)歸因於很大程度上未連接之外反電極30而比預期大很多。比率ZREAL (SSWE-WE)/ZREAL (SSWE-CE)及比率ZREAL (SSCE-WE)/ZREAL (SSCE-CE)對葡萄糖濃度、樣本類型、血球比容、溫度、試劑流動速率、毛細管高度、間隔件放置、金屬化極限、儲存於一閉合小瓶中達兩年以上之生物感測器、使用情況曝露、原材料、製程、環境條件及試液中之變動不敏感。
上文詳細描述一生物感測器之電極配置之例示性實施例。裝置及方法不受限於本文所描述之特定實施例，確切而言，方法之操作及系統之組件可獨立地利用且與本文所描述之其他操作或組件分離。例如，本文所描述之方法及裝置可具有其他工業或消費者應用且不受限於使用如本文所描述之生物感測器組件之實踐。確切而言，一或多個實施例可連同其他工業一起實施及利用。
儘管已在圖式及前述描述中詳細繪示及描述本發明，但本發明應視為具繪示性且不限制特性，應理解僅已展示及描述較佳實施例且期望保護由以下申請專利範圍界定之本發明之精神內之所有改變、等效物及修改。本說明書中列舉之所有公開案、專利及專利申請案以宛如各個別公開案、專利或專利申請案之全部內容具體及個別地指示為以引用的方式併入及闡述於本文中般引用的方式併入本文中。
10‧‧‧生物感測器12‧‧‧電極支撐基板14‧‧‧電導體16‧‧‧電極跡線18‧‧‧電極跡線19‧‧‧電極跡線20‧‧‧電極跡線21‧‧‧電極跡線22‧‧‧電極跡線23‧‧‧間隔件24‧‧‧蓋25‧‧‧內表面26‧‧‧毛細管通道27‧‧‧下表面28‧‧‧邊緣30‧‧‧外反電極31‧‧‧中間部分32‧‧‧內反電極34‧‧‧工作電極36‧‧‧樣本充分性工作電極(SSWE)38‧‧‧樣本充分性反電極(SSCE)42‧‧‧第一表面44‧‧‧第二表面46‧‧‧第一端48‧‧‧第二端50‧‧‧側邊緣52‧‧‧側邊緣60‧‧‧主體部分62‧‧‧連接頸66‧‧‧連接頸68‧‧‧延伸跡線70‧‧‧主體部分80‧‧‧開關矩陣100‧‧‧步驟110‧‧‧步驟120‧‧‧步驟130‧‧‧步驟140‧‧‧步驟150‧‧‧步驟160‧‧‧步驟170‧‧‧步驟180‧‧‧步驟190‧‧‧步驟200‧‧‧步驟210‧‧‧步驟220‧‧‧步驟A‧‧‧接觸墊B‧‧‧接觸墊CS‧‧‧接觸墊G‧‧‧間隙SSE1‧‧‧接觸墊SSE2‧‧‧接觸墊WE‧‧‧接觸墊WS‧‧‧接觸墊ZReal‧‧‧比率
圖1係繪示識別一生物感測器中之一偵測或反應區之表面中之偏差之一方法之一實例的一流程圖； 圖2係一例示性生物感測器之一透視圖； 圖3係圖2中所展示之生物感測器之一平面圖； 圖4係展示一例示性電極配置之圖2中所展示之生物感測器之一部分之一平面圖； 圖5係展示一樣本施加之圖4中所展示之生物感測器之部分之一平面圖； 圖6係一測試計或經組態以使用圖2中所展示之生物感測器之其他器件中之一類比開關矩陣之一平面圖； 圖7係展示自SSCE至反電極之一阻抗量測及自SSWE至經量測之反電極之圖4中所展示之生物感測器之部分之一平面圖； 圖8係展示自SSCE至反電極之一阻抗量測及自SSWE至經量測之反電極之具有反電極中之一缺陷的圖4中所展示之生物感測器之部分之一平面圖； 圖9標繪圖4中所展示之生物感測器之以歐姆為單位量測之沿y軸標繪之|Z|SSWE-CE 及以歐姆為單位量測之沿x軸標繪之|Z|SSCE-CE 之測試結果； 圖10標繪圖4中所展示之生物感測器之以歐姆為單位量測之沿y軸標繪之|Z|SSWE-WE 及以歐姆為單位量測之沿x軸標繪之|Z|SSCE-WE 之測試結果； 圖11標繪具有x±5σ極限之來自圖9之測試結果及來自經構造具有各種電極缺口之圖4中所展示之生物感測器之測試結果； 圖12A係具有反電極中之一缺陷之圖4中所展示之生物感測器之一部分之一平面圖； 圖12B係圖12A之反電極中之缺陷之一量測之一平面圖； 圖12C係表示圖4中所展示之生物感測器之反電極及/或工作電極中之缺陷之不同位置以模擬丟失此等電極之任何者之0%、25%、50%、75%或95%之一圖； 圖13繪示圖2之生物感測器之一周邊電極及一近端電極與相同周邊電極及一類似但更遠端副電極之間的一單側比較； 圖14A標繪圖13之生物感測器之單側ZREAL 關係； 圖14B標繪圖13之生物感測器之單側ZREAL 關係； 圖15標繪來自圖14A之單側ZREAL 關係及使用大約2200個具有標稱電極之生物感測器之水性試液及血液樣本及使用大約200個具有非意欲有缺陷電極之生物感測器實施之類似量測之阻抗比率； 圖16標繪來自圖14B之單側ZREAL 關係及來自一第一測試先導之兩個缺陷之各者之大約200個線性及血液樣本之阻抗比率； 圖17標繪圖2中所展示之未損壞生物感測器與圖2中所展示之生物感測器之外反電極及/或工作電極中所誘發之電極缺口之單側ZREAL 比率； 圖18標繪圖2中所展示之未損壞生物感測器與圖2中所展示之生物感測器之外反電極及/或工作電極中所誘發之電極缺口之單側ZREAL 比率。
100‧‧‧步驟
110‧‧‧步驟
120‧‧‧步驟
130‧‧‧步驟
140‧‧‧步驟
150‧‧‧步驟
160‧‧‧步驟
170‧‧‧步驟
180‧‧‧步驟
190‧‧‧步驟
200‧‧‧步驟
210‧‧‧步驟
220‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種藉由偵測電極缺陷而用於一生物感測器之錯誤檢查之方法，其包括：將一液體量測介質施加於鄰近該生物感測器之一第一側邊緣的一周邊電極、接近該周邊電極的一近端電極及遠離該生物感測器上之該周邊電極的一遠端電極；將一交流電壓施加於該周邊電極及該近端電極；量測用於判定該周邊電極與該近端電極之間的一第一阻抗之電導率；將該交流電壓施加於該周邊電極及該遠端電極；量測用於判定該周邊電極與該遠端電極之間的一第二阻抗之電導率；使用該第一阻抗及該第二阻抗判定一值，其中該值係形成於該第一阻抗與該第二阻抗之間之一比率；及若該值超出容限，則提供一錯誤訊息。
  2. 如請求項1之方法，其中該周邊電極係一樣本充分性反電極。
  3. 如請求項1之方法，其中該周邊電極係一樣本充分性工作電極。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該近端電極係一工作電極或一反電極之一者，而該遠端電極係該工作電極或該反電極之另一者。
  5. 如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包括：偵測該近端電極中之一缺陷。
  6. 如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包括：偵測該遠端電極中之一缺陷。
  7. 如請求項1之方法，其中若該值小於1.0則提供該錯誤訊息發生，該周邊電極係一樣本充分性工作電極，該近端電極係一工作電極而該遠端電極係一反電極。
  8. 如請求項1之方法，其中若該值大於於1.0則提供該錯誤訊息發生，該周邊電極係一樣本充分性反電極，該近端電極係一工作電極而該遠端電極係一反電極。
  9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該值係一比率ZREAL(周邊電極-近端電極)/ZREAL(周邊電極-遠端電極)，其中該值小於1.0指示該遠端電極有缺陷。
  10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該值係一比率ZREAL(周邊電極-近端電極)/ZREAL(周邊電極-遠端電極)，其中該值大於1.0指示該近端電極有缺陷。
  11. 如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包括：將該交流電壓施加於相對於該生物感測器之該第一側邊緣之鄰近該生物感測器之一第二側邊緣的一第二周邊電極及該近端電極；量測用於判定該第二周邊電極與該近端電極之間的一第三阻抗之電導率；將該交流電壓施加於該第二周邊電極及該遠端電極；量測用於判定該第二周邊電極與該遠端電極之間的一第四阻抗之電導率；使用該第三阻抗及該第四阻抗判定一第二值，其中該二值係形成於該第三阻抗與該第四阻抗之間之一比率；及若該第二值超出容限，則提供一第二錯誤訊息。
  12. 一種藉由偵測電極缺陷而用於一生物感測器之錯誤檢查之量測儀器，該儀器包括：接點，其等電連接至鄰近該生物感測器之一第一側邊緣的一第一周邊電極、相對於該生物感測器之該第一側邊緣之鄰近該生物感測器之一第二側邊緣的一第二周邊電極、接近該等周邊電極的一近端電極及遠離該等周邊電極的一遠端電極；電子器件，其等產生一測試電壓及偵測來自該第一周邊電極、該第二周邊電極、該近端電極及該遠端電極之感測器信號；一處理器，其經程式化以：將一交流電壓施加於該生物感測器之該等電極之兩者，其中該等電極之一者係該第一周邊電極或該第二周邊電極，而該等電極之該 第二者係該近端電極或該遠端電極且量測用於判定該兩個電極之間的一第一阻抗之電導率；將該交流電壓施加於該生物感測器之剩餘兩個電極且量測用於判定該剩餘兩個電極之間的一第二阻抗之電導率；使用該第一阻抗及該第二阻抗判定一值，其中該值係形成於該第一阻抗與該第二阻抗之間之一比率；及若該值超出容限，則提供一錯誤訊息；及一輸出單元，其提供該錯誤訊息。
  13. 如請求項12之儀器，其中若該值小於1.0則提供該錯誤訊息發生，該第一周邊電極係一樣本充分性工作電極，該近端電極係一工作電極而該遠端電極係一反電極。
  14. 如請求項12之儀器，其中若該值大於1.0則提供該錯誤訊息發生，該第二周邊電極係一樣本充分性反電極，該近端電極係一工作電極而該遠端電極係一反電極。
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