TWI848718B

TWI848718B - 血紅素糖化終產物檢測儀器及其檢測容器

Info

Publication number: TWI848718B
Application number: TW112119208A
Authority: TW
Inventors: 林志儒
Original assignee: 晶鑠科技有限公司
Priority date: 2023-05-23
Filing date: 2023-05-23
Publication date: 2024-07-11

Abstract

一種血紅素糖化終產物檢測儀器包括一檢測座、一檢測容器、一發光單元、一第一感光組件、一第二感光組件及一處理器。檢測座包含一本體、一第一光軸及一第二光軸。發光單元於被驅動時沿第一光軸輸出一平行光。平行光照射檢測容器內的檢測液以產生一螢光及一穿透光。第一感光組件位於第一光軸之另一端，接收並轉換一第一預定波長的穿透光為一第一光強度。第二感光組件位於第二光軸之一端並接收與轉換一第二預定波長的螢光為一第二光強度。處理器依據第一光強度、第二光強度、一第一標準強度及一第一空強度，獲得一血紅素糖化終產物檢測結果。

Description

血紅素糖化終產物檢測儀器及其檢測容器

本申請係屬於糖尿病檢測領域，尤指一種血紅素糖化終產物檢測儀器及其檢測容器。

目前對於糖尿病症狀的檢測、控制，主要是利用量測血液中的糖化血色素(glycated hemoglobin、glycohemoglobin、或是HbA1c)來掌握患者血糖控制狀況。糖化血色素的數值為血紅素被葡萄糖糖化之比例，主要是反映一段時間血漿葡萄糖的加權平均值。

而糖化血色素真正的影響是容易使血液在高濃度的葡萄糖環境下，與葡萄糖的羰基和蛋白質、核酸或脂肪上的精氨酸或賴氨酸之氨基結合產生梅納反應(Maillard Reaction)，最終產生糖化終產物(advanced glycated end products,AGEs)為實際糖化之結果。而糖化終產物發生於血液與全身器官與組織中，容易誘發發炎反應，進而引發心血管病變、腎臟病變、白內障、或末梢神經病變，目前被認為是引發糖尿病併發症的主要肇因之一。因此，糖化終產物能夠協助了解器官與組織糖化之速率，了解器官與組織病變的速率，也是追蹤長期糖化指數的標的。

然而，目前市面上販售的血糖機是用於檢測血漿中葡萄糖濃度，醫院血液檢測中普遍僅量測糖化血色素，並鮮少檢測糖化終產物。而臨床上採取酵素結合免疫吸附分析法(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)量測糖化終產物，可準確量測出血液、組織內的糖化終產物。但是酵素結合免疫吸附分析法檢驗步驟繁瑣、技術性高且耗時，不適合一般民眾自行檢測。

有鑑於此，依據一些實施例，提供一種血紅素糖化終產物檢測儀器，其包括一檢測座、一檢測容器、一發光單元、一第一感光組件、一第二感光組件及一處理器。檢測座包含一本體、一第一光軸及一第二光軸。本體具有一容置空間。第二光軸與第一光軸於容置空間相交並具有一夾角。檢測容器容置一檢測液。檢測容器位於容置空間使檢測液對應第一光軸與第二光軸相交處。發光單元位於檢測座的第一光軸之一端，並於被驅動時沿第一光軸輸出一平行光。平行光照射檢測液以產生一螢光及朝第一光軸之另一端的一穿透光。第一感光組件位於檢測座的第一光軸之另一端，接收並轉換一第一預定波長的穿透光為一第一光強度。第二感光組件位於第二光軸之一端並接收與轉換一第二預定波長的螢光為一第二光強度。處理器依據第一光強度、第二光強度、一第一標準強度及一第一空強度，獲得一血紅素糖化終產物檢測結果。

依據一些實施例，發光單元包括一發光二極體及一第一透鏡組。發光二極體被驅動時發出一光源。第一透鏡組接收光源並輸出平行光。

依據一些實施例，第一透鏡組包括一第一透鏡、一第二透鏡及一第三透鏡。第一透鏡接收光源並輸出一收斂光束。第二透鏡接收收斂光束並輸出一聚焦光束。第三透鏡接收聚焦光束並輸出平行光。

依據一些實施例，第一預定波長在330至390奈米(nm)之間，第二預定波長在420至520奈米之間，夾角為45度至135度之間。

依據一些實施例，處理器依據下述方程式獲得血紅素糖化終產物檢測結果，M₁=M₀ *(N₀-N₁)/(N₀-N)。其中，M₁為血紅素糖化終產物檢測結果，M₀為第二光強度，N₀為第一空強度，N₁為第一標準強度，N為第一光強度。

依據一些實施例，第一感光組件包括自檢測容器朝第一光軸之另一端依序排列的一第一濾光片、一第四透鏡及一第一感光元件。其中，第一濾光片使波長在330至390奈米(nm)之間的穿透光通過。第四透鏡將通過第一濾光片之穿透光聚焦於第一感光元件。第一感光元件接收並轉換被第四透鏡聚焦之穿透光為第一光強度。

依據一些實施例，第二感光組件包括自檢測容器朝第二光軸之一端依序排列的一第五透鏡、一第二濾光片、一第六透鏡及一第二感光元件。其中第五透鏡接收螢光並輸出一平行螢光，第二濾光片使波長在420至520奈米之間的平行螢光通過，第六透鏡將通過第二濾光片之平行螢光聚焦於第二感光元件，第二感光元件接收並轉換聚焦的螢光為第二光強度。

依據一些實施例，檢測容器包括：一入液段及一檢測段。入液段具有一通道及連通通道的一開口。檢測段連接入液段並具有一檢測槽。檢測槽連通通道並容置檢測液。檢測槽具有一第一主透光部、一第二主透光部及一側透光部。第一主透光部及第二主透光部對應第一光軸，側透光部對應第二光軸。

依據一些實施例，第一主透光部及第二主透光部使平行光穿透。側透光部使螢光穿透。

依據一些實施例，檢測槽之一內表面及通道之一內表面為一光滑面。

以下在實施方式中詳細敘述本申請之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本申請之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本申請相關之目的及優點。

10:檢測座

12:本體

120:容置空間

14:第一光軸

16:第二光軸

20:發光單元

21:驅動電路

22:發光二極體

24:第一透鏡組

240:第一透鏡

242:第二透鏡

244:第三透鏡

26:雷射元件

28:縮束鏡組

282:第七透鏡

284:第八透鏡

30:第一感光組件

32:第一濾光片

34:第四透鏡

36:第一感光元件

40:第二感光組件

42:第五透鏡

44:第二濾光片

46:第六透鏡

48:第二感光元件

50:處理器

60:檢測容器

62:入液段

620:通道

622:開口

64:檢測段

640:檢測槽

642:第一主透光部

644:第二主透光部

646:側透光部

70:腔體

72:吸光層

θ:夾角

圖1A係依據一些實施例之血紅素糖化終產物檢測儀器立體示意圖。

圖1B係依據一些實施例之血紅素糖化終產物檢測儀器結構示意圖。

圖2係依據一些實施例之血紅素糖化終產物檢測儀器結構示意圖。

圖3係依據一些實施例之檢測容器立體示意圖。

圖4係圖3檢測容器之俯視圖。

圖5係依據一些實施例之血紅素糖化終產物檢測儀器結構示意圖，顯示不含檢測容器之檢測儀器結構。

請參考圖1A及圖1B，圖1A係依據一些實施例之一種血紅素糖化終產物檢測儀器之立體示意圖，圖1B為依據一些實施例之血紅素糖化終產物檢測儀器之結構圖示意圖。血紅素糖化終產物檢測儀器包括一檢測座10、一檢測容器60、一發光單元20、一第一感光組件30、一第二感光組件40及一處理器50。

請參閱圖1A及圖1B所示，檢測座10包含一本體12、一第一光軸14及一第二光軸16。本體12具有一容置空間120。第二光軸16與第一光軸14於容置空間120相交並具有一夾角θ。夾角θ的角度不限，只要讓第二感光組件40可以接收到螢光即可(容後詳述)。在一些實施例中，第一光軸14與第二光軸16為假想線，以示意光行進的路線。在一些實施例中，夾角θ為45度至135度。在一些實施例中，夾角θ為90度。

請參閱圖1A所示，檢測容器60容置一檢測液，檢測容器60位於容置空間120使檢測液對應第一光軸14與第二光軸16相交處。具體而言，在一些實施例中，檢測液位於檢測容器60的檢測槽640，檢測槽640對應第一光軸14與第二光軸16相交處(可見於圖1B)，檢測容器60的細部構造，容後詳述。在一些實施例中，檢測液包括血液及反應溶液。血液是取自待檢驗入員。在一些實施例中，反應溶液包括乙二胺四乙酸(Ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)、三羥甲基胺基甲烷(Tris(hydroxymethyl)aminomethane,Tris)、苯甲基磺醯氟(Phenylmethanesulfonyl fluoride,PMSF)的混合溶液。反應溶液會與血液產生反應，而破壞血液中紅血球的細胞膜，使得具有第一預定波長的光線照射檢測液後會激發出第二預定波長的螢光。其中，在一些實施例中，反應溶液的體積為0.2mL(mini liter，毫升)、乙二胺四乙酸的濃度為0.1mM-200mM(mini molarity，毫莫耳)、三羥甲基胺基甲烷的濃度為1mM-1M、苯甲基磺醯氟0.1mM-10mM，血液的量為一滴血(約 0.03mL)。

請參閱圖1B所示，發光單元20位於檢測座10的第一光軸14之一端(如圖1B視角的左側)，並於被驅動時沿第一光軸14輸出一平行光。平行光照射檢測液以產生一螢光及朝第一光軸14之另一端(如圖1B的右側)的一穿透光。穿透光會沿第一光軸14前進以由第一感光組件30接收，螢光則是沿第二光軸16前進以由第二感光組件40接收。在一些實施例中，檢測座10、檢測容器60、發光單元20、第一感光組件30、及第二感光組件40是設置於一腔體70內(如圖1A的本體12內)，且腔體70內側壁設有吸光層72以吸收多餘的光線，藉以避免輻射光照射於腔體70內造成反射而干擾量測。另外，在一些實施例中，吸光層72為黑色塗料塗布於腔體70內側壁。在一些實施例中，平行光的直徑約為1mm。

請參閱圖1B所示，第一感光組件30位於檢測座10的第一光軸14之另一端(如圖1B視角的右側)。意即，發光單元20位於第一光軸14的始端、第一感光組件30位於第一光軸14的末端。第一感光組件30接收並轉換一具有第一預定波長的穿透光為一第一光強度。在一些實施例中，第一預定波長為330nm-390nm，其中糖化終產物為多分子混合的物質，其中戊糖素(pentosidine)跟精氨酸嘧啶(Argpyrimidine)的較佳激發波長約為335nm。在一些實施例中，第一預定波長為375nm。

請參閱圖1B所示，第二感光組件40位於第二光軸16之一端(如圖1B視角的下側)。意即，第二光軸16的始端於檢測容器60，末端於第二感光組件40。第二感光組件40接收與轉換一具有第二預定波長的螢光為一第二光強度。在一些實施例中，第二預定波長為420nm- 520nm。如同前述，在一些實施例中，夾角θ為45度至135度，此夾角θ之決定與第二感光組件40是否能接收與轉換一具有第二預定波長的螢光為一第二光強度而定，基於該螢光係被激發，故被激發的螢光並無特定的主光軸，因此，夾角θ的範圍可以在45度至135度之間，夾角θ甚至可以是更大的範圍，只要第二感光組件40能接收與轉換一具有第二預定波長的螢光為一第二光強度即可。

關於第一預定波長與第二預定波長之決定，請參考下表所示，表中可以看出糖化終產物螢光分子包含戊糖素(pentosidine-like)、晚賴氨酸類(vesperlysineslike)、晚賴氨酸A(vesperlysine A)、晚賴氨酸B(vesperlysine B)、晚賴氨酸C(vesperlysine C)、賴氨酰吡啶(lysyl-pyrropyridine)、(FFI,2-(2-furoyl)-4(5)-(2-furanyl)-1H-imidazole)、精氨酸嘧啶(Argpyrimidine)、Crossline、及氟联(Fluorolink)，激發光峰值(Excitation value)指的是糖化終產物分子吸收光線的峰值波長，分子吸收光線後將低能階之電子躍遷至高能階，經過分子振盪等影響，電子會發射出螢光光子，螢光光子之波長的峰值即為該糖化終產物的發射峰值(Emission value)。舉例而言，當使用激發光峰值為335奈米(nm)照射pentosidine-like時，所激發的發射光峰值波長為385奈米(nm)。因此，從表中可知，第一預定波長(激發光峰值波長)可在330nm至390nm之間，而第二預定波長(螢光峰值波長/發射光峰值波長)為420nm至520nm。

請參閱圖1B所示，處理器50依據第一光強度、第二光強度、一第一標準強度及一第一空強度，獲得一血紅素糖化終產物檢測結果。在一些實施例中，血紅素糖化終產物檢測結果為一檢測數值，處理器50是根據公式而獲得該血紅素糖化終產物檢測結果的檢測數值：

。其中，M₁為檢測數值；N為第一光強度，是裝有檢測液的檢測容器60位於容置空間120內，發光單元20所發出的光通過檢測液後，第一感光組件30所測得具有第一預定波長的光子數；M₀為第二光強度，是裝有檢測液的檢測容器60位於容置空間120內，發光單元20所發出的光通過檢測液後，第二感光組件40所測得具有第二預定波長的光子數；N₁為第一標準強度，是裝置反應溶液的檢測容器60位於容置空間120內，發光單元20所發出的光通過反應溶液後，第一感光組件30所測得具有第一預定波長的光子數；N₀為第一空強度，檢測容器60位於容置空間120內但檢測容器60內沒有任何液體，發光單元20所發出的光通過檢測容器60後，第一感光組件30所測得具有第二預定波長的光子數。其中，

是作為針對每次滴入血液體積與每個樣品之血紅素濃度差異進行濃度校正，所以N₁值可能大於或小於N值。

在一些實施例中，血紅素糖化終產物檢測結果為糖化速率程度代碼(亦可稱糖化速率代碼)，糖化速率程度代碼是根據螢光數值來判斷糖化速率的快慢，代碼可依使用者需求而指定。舉例來說，如下表所示，以前述實施例中任一的血紅素糖化終產物檢測儀器，以標準血色素經過葡萄糖水培養後產生之糖化中產物液體作為標準液(即前述檢測液)，其血紅素濃度為0.35mM(光密度值(Optical density,O.D.)約0.5)，以不同等級的標準液進行螢光強度的偵測，預以建立對應的代碼。例如，葡萄糖濃度為5mM、7.5mM、10mM、20mM及30mM各別做為標準液，其各別對應的相當血糖值(mg/dL，毫克/分升)為90,135,180,360,540。由於紅血球的平均壽命為約90天，因此整體紅血球的平均年齡為45天，因此體外培養血紅色糖化以45天為標準，環境溫度為連續37℃。因此，以平行光通過不同葡萄糖濃度的檢測液所測得的檢測數值，作為糖化速率快慢的判斷基準(即前述的糖化速率程度代碼)。在此舉例中，糖化速率程度代碼為A至E，其中A代表糖化速率很低、B代表糖化速率屬於標準、C代表糖化速率稍快、D代表糖化速率很快、E代表糖化速率非常快速，狀況嚴重。

血紅素糖化終產物檢測儀器於使用時，是利用採血針於患者身體(如手指)採取一滴血液，於檢測容器60內將血液滴入反應溶液以形成檢測液後進行搖晃或攪拌，使血液充分與反應溶液產生反應再靜置數分鐘以形成。接著將檢測容器60置入容置空間120並啟動發光單元20，使平行光通過檢測液後產生穿透光及螢光而被第一感光組件30與第二感光組件40所接收。之後處理器50再根據第一光強度、第二光強度、第一標準強度及第一空強度，獲得血紅素糖化終產物檢測結果，以供患者判斷自身糖化狀況。

糖化終產物(AGEs,Advanced glycation end products)為糖分子與蛋白質透過梅納反應(Maillard reaction)後得到的化學產物，為糖尿病與老化都存在的現象，糖化終產物因此普遍存在身體大部分器官，隨著嚴重程度，器官所攜帶的糖化終產物的分子越多。因此，量測糖化終產物的多寡可有效判斷糖化程度。而糖化終產物為混合物，糖化終產物內的部分分子可透過吸收光子而激發出螢光，因此，本案利用糖化中產物可激發出螢光的特性，可有效判斷糖化程度。另外，以正常人及糖尿病患者進行前述血紅素糖化終產物檢測儀器實施例之糖化終產物的檢測，以峰值波長為370nm的光源激發正常人及糖尿病患者的檢測液，結果顯示糖尿病患者的檢測液所測得的螢光強度高於正常人的檢測液所測得的螢光強度。尤其在波長在460nm-480nm區間時，糖尿病患者與正常人的螢光強度差距更為明顯。由此可知，利用血紅素糖化終產物檢測儀器檢測糖化終產物可有效判斷糖尿病。

請參閱圖1B所示，在一些實施例中，發光單元20包括一發光二極體22及一第一透鏡組24。發光二極體22被驅動時發出一光源，第一透鏡組24在接收光源後輸出平行光。在一些實施例中，發光二極體22可發出波長約為330至390nm的光源，且發光二極體22的功率約為80mW。在一些實施例中，發光單元20包括一驅動電路21，驅動電路21分別連接處理器50及發光二極體22，驅動電路21受處理器50控制以驅動發光二極體22發出前述光源。

請參閱圖1B所示，在一些實施例中，第一透鏡組24包括第一透鏡240、第二透鏡242、及第三透鏡244。第一透鏡240接收光源並輸出一收斂光束。第二透鏡242接收收斂光束並輸出一聚焦光束。第三透鏡 244接收聚焦光束並輸出平行光。

請再參閱圖1B，在一些實施例中，第一感光組件30包括自檢測容器60朝第一光軸14之該另一端依序排列(即圖1B自左而右依序排列)的一第一濾光片32、一第四透鏡34及一第一感光元件36，其中，第一濾光片32使波長在330至390奈米(nm)之間的穿透光通過，第四透鏡34將通過第一濾光片32之穿透光聚焦於第一感光元件36，第一感光元件36接收並轉換被第四透鏡34聚焦之穿透光為第一光強度。在一些實施例中，第四透鏡34將穿透光聚焦於第一感光元件36的接收面中心。

請參閱圖1A及圖1B，在一些實施例中，第二感光組件40包括自檢測容器60(具體而言為檢測容器60的檢測槽640、或檢測容器60的容置空間)朝第二光軸16之一端依序排列(即圖1B由上而下依序排列)的一第五透鏡42、一第二濾光片44、一第六透鏡46及一第二感光元件48。其中，第五透鏡42接收螢光並輸出一平行螢光，第二濾光片44使波長在420至520奈米(nm)之間的平行螢光通過，第六透鏡46將通過第二濾光片44之平行螢光聚焦於第二感光元件48，第二感光元件48接收並轉換聚焦的螢光為第二光強度。在一些實施例中，第二濾光片44的光密度值(Optical density,O.D.值)大於6，藉以過濾掉雷射光。

請參閱圖1A及圖2所示，在一些實施例中，發光單元20包括一雷射元件26及一縮束鏡組28。雷射元件26被驅動時發出一雷射光。縮束鏡組28縮束雷射光以輸出平行光。縮束鏡組28是縮小雷射光的光徑(光束直徑)，使雷射光完全通過檢測容器60內的檢測液(即檢測槽640內的檢測液)。在一些實施例中，縮束鏡組28包括一第七透鏡282及一第八透鏡284。第七透鏡282用於聚焦雷射光並輸出，第八透鏡284用於將聚焦後的雷射光以平行的方式輸出。其中，雷射光進入縮束鏡組28的截面積(光徑)大於雷射光穿出縮束鏡組28後的截面積。

請參閱圖3及圖4所示，在一些實施例中，檢測容器60包括一入液段62及一檢測段64。入液段62具有一通道620及一開口622。通道620連通開口622。檢測段64連接入液段62並具有一檢測槽640，檢測槽640與通道620連通並容置檢測液。其中，開口622為入液口，血液及反應溶液經由開口622、通道620進入檢測槽640內。檢測槽640具有一第一主透光部642、一第二主透光部644及一側透光部646(即對應檢測槽640的三個相鄰的槽壁，或稱側壁)。第一主透光部642及第二主透光部644對應第一光軸14，側透光部646對應第二光軸16，意即在檢測容器60置於空置空間120時，第一光軸14穿過第一主透光部642及第二主透光部644。側透光部646位於第二光軸16，意即在檢測容器60置於容置空間120時，第二光軸16穿過側透光部646。第一主透光部642及第二主透光部644之透光波長可以是讓波長在330至390奈米(nm)之光線穿過，而側透光部646之透光波長可以是讓波長在420至520奈米(nm)之光線穿透。但不以此為限，第一主透光部642、第二主透光部644及側透光部646之透光波長可以是更大範圍，例如可讓300至600奈米(nm)之光線穿過。在一些實施例中，第一主透光部642及第二主透光部644使平行光穿透，側透光部646使螢光穿透。因此，平行光沿第一光軸14穿過第一主透光部642後，激發檢測液後會形成螢光及穿透光，穿透光沿第一光軸14穿過第二主透光部644後被第一感光組件30所接收。螢光則是沿第二光軸16穿過側透光部646後被第二感光組件40所接收。

在一些實施例中，第一主透光部642、側透光部646及第二主透光部644對應檢測槽640的三個相鄰的槽壁(或稱側壁)並且可為對應的槽壁的全部或一部分。舉例而言，第一主透光部642是對應槽壁的一部分且該部分的大小大於或等於平行光的光徑，如此，即可達成讓平行光進入檢測槽640並激發檢測液。類似的，第二主透光部644是對應槽壁的一部分且該部分的大小大於或等於平行光的光徑，如此，即可達成讓平行光進入檢測槽640並激發檢測液。側透光部646是對應槽壁的一部分且該部分可佔對應槽壁的大部分區域，俾利被激發的螢光穿出。

在一些實施例中，檢測槽640之一內表面及通道620之一內表面為一光滑面以利液體(血液、反應溶液)滑落。在一些實施例中，光滑面的輪廓算術平均偏差Ra(arithmetical mean deviation of the profile Ra)為0.2μm至0.4μm(micrometer，微米)。

在一些實施例中，第一主透光部642及第二主透光部644間之距離為10(1±5%)釐米(mm)，檢測槽640的容量為0.2(1±5%)毫升(mL)。

在一些實施例中，檢測容器60材質為聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)。

在一些實施例中，製造廠可提供一種不包含檢測容器60的血紅素糖化終產物檢測儀器，請參考圖1及圖5。血紅素糖化終產物檢測儀器包括檢測座10、發光單元20、第一感光組件30、第二感光組件40及處理器50。檢測座10包含本體12、第一光軸14及第二光軸16。本體12具有容置空間120。第二光軸16與第一光軸14於容置空間120相交並具有夾角θ。發光單元20位於檢測座10的第一光軸14之一端，並於被驅動時實質沿第一光軸14輸出一平行光。平行光在檢測座10(容置空間120)處產生第二光線及朝向第一光軸14的第一光線。第一感光組件30位於檢測座10的第一光軸14之另一端，接收並轉換符合第一預定波長的第一光線為第一光強度。第二感光組件40位於第二光軸16之一端並接收與轉換符合第二預定波長的第二光線為第二光強度。處理器50依據第一光強度、第二光強度、第一標準強度及第一空強度，獲得一血紅素糖化終產物檢測結果。

在此實施例中，當含有檢測液的檢測容器60置入容置空間120，發光單元20被驅動時輸出包含峰值波長為330至390奈米(nm)的平行光，平行光照射檢測液所產生的第二光線即為螢光，所產生的第一光線即為穿透光，第一預定波長在330至390奈米(nm)之間，第二預定波長在420至520奈米(nm)之間，夾角θ為45度至135度之間。其餘血紅素糖化終產物檢測儀器之元件，與前述類似，不再贅述。

透過上述之詳細說明，即可充分顯示本申請一些實施例之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，完全符合專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述僅為本申請之較佳實施例而已，當不能用以限定本申請所實施之範圍。即凡依本申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本申請一些實施例的專利涵蓋之範圍內，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。