一種判斷樣品布滿狀況的偵測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明關(guān)于一種偵測(cè)方法，該方法在電化學(xué)傳感器的第一電極及第二電極間提供工作電壓，以得到第一電流值及第二電流值，其中該第一電流值及該第二電流值具有比值，該比值即可表示流體樣品布滿該第一電極表面積及該第二電極表面積的布滿率，用以判斷該次測(cè)試的有效性。
【專利說(shuō)明】
一種判斷樣品布滿狀況的偵測(cè)方法
[0001 ] 本申請(qǐng)為2009年5月12日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?00910141438.0且發(fā)明名稱為"一種判 斷樣品布滿狀況的偵測(cè)方法"的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明系關(guān)于一種用于判斷傳感器測(cè)試有效性方法，尤指一種透過(guò)一系列電流值 所取得之比值，藉以了解一待測(cè)樣本于一電化學(xué)傳感器之電極上之分布情形，并判斷該電 化學(xué)傳感器之測(cè)試有效性的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 電化學(xué)感測(cè)系統(tǒng)(Electrochemical Sensor Systems)目前已被廣泛地應(yīng)用在生 物樣本分析物的分析檢測(cè)上，例如檢測(cè)血液中的葡萄糖濃度、膽固醇濃度等等。一般來(lái)說(shuō)， 這種電化學(xué)感測(cè)系統(tǒng)包含一感測(cè)試片和一測(cè)量?jī)x，特別是該感測(cè)試片被設(shè)計(jì)為單一次使 用、可拋棄式，以供民眾居家生活方便使用。
[0004] 電化學(xué)傳感器使用酵素電流方法（enzymatic amperometric methods)乃相當(dāng)普 遍，此種傳感器具有覆蓋含酵素的試劑的電極，該試劑和分析物反應(yīng)而產(chǎn)生一電化學(xué)電流， 并可被該電極所感測(cè)。所使用的酵素具單一性，并與待測(cè)樣本中的特定分析物有良好的專 一性反應(yīng)，這種專一性反應(yīng)可降低其它分析物的干擾。例如測(cè)試樣本中的膽固醇濃度時(shí)，可 使用含有對(duì)膽固醇具專一性之酵素的試劑，而測(cè)量血液中葡萄糖濃度時(shí)，則可使用含葡萄 糖氧化酶(glucose oxidase)的試劑。葡萄糖氧化酶不會(huì)和膽固醇作用，也不會(huì)和血液中的 其它糖類作用。一般來(lái)說(shuō)，葡萄糖氧化酶對(duì)樣本中的葡萄糖單一選擇性可達(dá)99%，因此這種 利用酵素方法的測(cè)量系統(tǒng)可產(chǎn)生相當(dāng)精準(zhǔn)的一測(cè)量結(jié)果。
[0005] 在以測(cè)量感測(cè)電流的方式來(lái)測(cè)定樣品中分析物濃度之方法中，該感測(cè)電流稱為柯 特雷爾電流(Cottrell current)，并可藉由以下公式得出：
[0006] i(t)=K.n.F.A.C.D0.5.t-0.5；
[0007]其中，i為感測(cè)電流的瞬間值；
[0008] K為一常數(shù)；
[0009] n為電子傳遞的數(shù)量；
[0010] F為法拉第常數(shù)；
[0011] A為工作電極的表面積；
[0012] C為樣本中待測(cè)分析物的濃度；
[0013] D為試劑的擴(kuò)散系數(shù)；
[0014] t為一預(yù)設(shè)電壓施加至電極后的一特定時(shí)間。
[0015] -般而言，于習(xí)知的拋棄式電化學(xué)感測(cè)試片的構(gòu)造與量測(cè)程序上，包含如下：
[0016] 1 ?-基體片(Base sheet)用為承載該試片的機(jī)構(gòu)；
[0017] 2.至少有兩分離的導(dǎo)電電極置放于該基體片上，其中第一導(dǎo)電電極的第一端做為 一「工作電極(Working Electrode)」，而第一導(dǎo)電電極的第二端做為該工作電極的一引出 端，該工作電極的引出端用于與一量表(measuring meter)做電的接觸:另第二導(dǎo)電電極的 第一端做為一「對(duì)電極(Counter Electrode)」，而第二導(dǎo)電電極的第二端做為一對(duì)電極的 引出端，該對(duì)電極的引出端用于與該量表做電的接觸。該工作電極與該對(duì)電極于機(jī)構(gòu)上配 置于臨近的區(qū)域，以形成一電極測(cè)試區(qū)；
[0018] 3.-含酵素的化學(xué)試劑涂布于該電極測(cè)試區(qū)，用于與一待測(cè)流體的某分析物產(chǎn)生 一化學(xué)反應(yīng)；
[0019] 4?由該量表施加一工作電壓(Working voltage)于工作電極和對(duì)電極之間，此工 作電壓大小與電壓極性用于讓該化學(xué)反應(yīng)工作于氧化(此時(shí)施加于工作電極的工作電壓為 正)或還原(此時(shí)施加于工作電極的工作電壓為負(fù)）的工作狀態(tài)，在此氧化(或還原）的反應(yīng) 工作電壓狀態(tài)下，量取該化學(xué)反應(yīng)的電化學(xué)電流，其即為一柯特雷爾電流（Cottrell current)；
[0020] 5 ?由該量測(cè)的電化學(xué)電流，再依照柯特雷爾電流公式（1(〇=1(.11.?^.(：.00.54-〇. 5 )，即可計(jì)算出該待測(cè)流體中某分析物的濃度。
[0021] 其中，該「工作電極」上涂布一含酵素的化學(xué)試劑，用于與待測(cè)流體中的某分析物 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中施加一反應(yīng)的工作電壓(含電壓大小與電壓極性)于該 電極的表面上，使該化學(xué)反應(yīng)工作于氧化區(qū)（或還原區(qū)）用以量取該化學(xué)反應(yīng)中的電化學(xué)電 流，此氧化區(qū)（或還原區(qū)）的電化學(xué)電流，即為柯特雷爾電流(Cottrell current);而該一「 對(duì)電極」用于產(chǎn)生量取電化學(xué)電流時(shí)的相對(duì)電流回路。
[0022]該反應(yīng)的工作電壓的選擇，可由電化學(xué)中習(xí)知的循環(huán)伏安曲線（cyclic vo 1 tammograms)得知適切的氧化或還原電位，詳細(xì)說(shuō)明如下：
[0023] 1.改變并循環(huán)該工作電極的電壓的大小，以量取不同工作電壓時(shí)的電流，會(huì)得到 一氧化波峰電流如圖1 (A)的I點(diǎn)所示，于此氧化波峰電流時(shí)的電壓大小，即為一最靈敏的" 氧化工作電壓"VI，于此波峰電流點(diǎn)將獲得最佳的"信號(hào)噪聲比（S/N Ratio)"，此工作點(diǎn)則 具有最佳氧化反應(yīng)工作電位，可獲得最佳之一氧化柯特雷爾電流(Cottrell current)II， 而該信號(hào)噪聲比將大于或等于一。反之，若為圖1(A)之II點(diǎn)所示，便無(wú)法得具最佳信號(hào)噪聲 比之一氧化柯特雷爾電流(Cottrell current)。
[0024] 2.相同的于還原曲線中的波峰電流點(diǎn)（參照?qǐng)D1(A)的III點(diǎn)所示），可獲得一最靈 敏的"還原工作電壓" VIII，此工作點(diǎn)為最佳反應(yīng)工作電位，可獲得具最佳信號(hào)噪聲比之一 還原柯特雷爾電流(Cottrell current)IIII，而該信號(hào)噪聲比亦將大于或等于一。
[0025] 3.由上所述選擇適當(dāng)電壓極性與電壓大小的工作電極電壓，以量取待測(cè)體中某分 析物與化學(xué)試劑于氧化(或還原)時(shí)的電化學(xué)的柯特雷爾電流(Cottre 11 current)。
[0026]由柯特雷爾電流(Cottrell current)公式可知，待測(cè)物的濃度C與感測(cè)電流i成正 比，故可以藉由量測(cè)電化學(xué)電流i(t)的大小，來(lái)計(jì)算一待測(cè)分析物的濃度C。因?yàn)樵摿繙y(cè)電 流i(t)也和工作電極的表面積A成正比，故該濃度計(jì)算公式系以工作電極的面積為固定的 前提為假設(shè)。然，工作電極表面積A更精確的定義應(yīng)為「于量取該電化學(xué)電流"當(dāng)時(shí)"的工作 電極表面積A是固定的」，故更進(jìn)一步解釋條件為「工作電極的表面積A于量測(cè)當(dāng)時(shí)，需被該 待測(cè)流體所完全布滿，以確保該工作電極表面積A是固定的」，若工作電極表面積A因未被測(cè) 試流體所布滿，則由上述柯特雷爾電流(Cottre 11 current)公式所計(jì)算的該待測(cè)分析物的 濃度C會(huì)是錯(cuò)誤的。
[0027] 藉此，待測(cè)物的濃度C可以被檢測(cè)而得，且此濃度C與感測(cè)電流i成正比。另外，因?yàn)?感測(cè)電流也和工作電極表面積A成正比，因此對(duì)一準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)x來(lái)說(shuō)，感測(cè)試片中精確定義 的工作電極表面積亦為一關(guān)鍵因素。
[0028] 判斷待測(cè)物體積量于電化學(xué)傳感器反應(yīng)區(qū)是否已足夠，則為另一與準(zhǔn)確測(cè)量待測(cè) 物濃度有關(guān)的關(guān)鍵因素。當(dāng)已覆蓋試劑之電化學(xué)傳感器反應(yīng)區(qū)有足夠的待測(cè)物體積量時(shí)， 可根據(jù)柯特雷爾電流(Cottre 11 current)公式測(cè)量感測(cè)電流，藉以推算出待測(cè)物濃度;但 是當(dāng)待測(cè)物體積量不足時(shí)，根據(jù)公式所得之感測(cè)電流所推算出待測(cè)物濃度將因之不正確。 因此當(dāng)可精準(zhǔn)控制工作電極表面積時(shí)，待測(cè)物體積于反應(yīng)區(qū)內(nèi)是否足夠，則成為極重要的 關(guān)鍵因素之一。
[0029] 諸如此類的傳感器和測(cè)量?jī)x在專利文件中例如:US 5,266，179，US 5,366,609或 EP12728331中被揭露。
[0030] 在上述文件中所揭露的測(cè)量?jī)x操作方法大致相同。首先，插入一感測(cè)試片至測(cè)量 儀中，感測(cè)試片是否已適當(dāng)插入測(cè)量?jī)x之中，是由機(jī)械式及/或電子式的開關(guān)及/或接觸來(lái) 偵測(cè)。當(dāng)感測(cè)試片被適當(dāng)插入后，使用者被要求提供樣本，典型地為一滴血。血液樣本接著 進(jìn)入感測(cè)試片的一反應(yīng)區(qū)，該反應(yīng)區(qū)具有至少二電極，且該電極被適當(dāng)?shù)脑噭┧采w。
[0031] 為了偵測(cè)樣本是否出現(xiàn)在該反應(yīng)區(qū)，當(dāng)感測(cè)試片適當(dāng)插入時(shí)，即施加一電壓至該 電極，電極間試劑的電阻在沒(méi)有樣本出現(xiàn)時(shí)很高，但是只要樣本一開始接觸反應(yīng)區(qū)，電極間 的電阻就會(huì)下降。此電阻的下降讓一電流可被偵測(cè)到，以作為樣本已存在于反應(yīng)區(qū)的一指 示，
[0032] 為了更詳細(xì)解釋習(xí)知技術(shù)的檢測(cè)方法，請(qǐng)參考圖1(B)至圖1(C)。
[0033]圖1(B)顯示習(xí)知技術(shù)之測(cè)量?jī)x所使用的方法，亦為美國(guó)專利US 5,366,609所揭露 的內(nèi)容。圖1(c)則顯示于樣本偵測(cè)期中因施加一電壓而產(chǎn)生的電流、及范圍S之放大圖。
[0034] 根據(jù)圖1(B)所示，當(dāng)感測(cè)試片于時(shí)間100被插入測(cè)量?jī)x中，于樣本存在偵測(cè)期101 施加一固定電壓102,以偵測(cè)一待測(cè)樣本是否存在于反應(yīng)區(qū)。一滴樣本于時(shí)間108被加在感 測(cè)試片上。
[0035] 請(qǐng)同時(shí)參閱圖1(C)，當(dāng)電流達(dá)到一樣本偵測(cè)門坎112,也就是一樣本于時(shí)間116被 偵測(cè)到存在時(shí)，開始一樣本量延滯時(shí)期114。為了繼續(xù)確認(rèn)樣本量是否足夠，測(cè)量?jī)x會(huì)繼續(xù) 施加該固定電壓102至電極，直到一時(shí)點(diǎn)103 (請(qǐng)并參閱圖1 (B))。
[0036] 接著，電流量109與時(shí)點(diǎn)115的一樣本量門坎113相對(duì)照，定義出該樣本量延滯時(shí)期 114的終點(diǎn)。假如電流強(qiáng)度低于該樣本量門坎113,測(cè)量?jī)x將會(huì)發(fā)出警示表示感測(cè)試片中存 在的樣本量不足，然后測(cè)量過(guò)程將會(huì)停止。
[0037]假如已經(jīng)有足夠的樣本量存在于反應(yīng)區(qū)，也就是在時(shí)點(diǎn)115電流量已大于該樣本 量門坎113,測(cè)量?jī)x就會(huì)繼續(xù)下一個(gè)步驟，也就是靜置期105的開始。靜置期105中，測(cè)量?jī)x關(guān) 閉該固定電壓102而轉(zhuǎn)成零電壓104。在靜置期105期間，樣本和試劑的混合溶化需要一特 定、預(yù)設(shè)好的時(shí)間。在完成靜置后，測(cè)量?jī)x將會(huì)開始一測(cè)量期，為此測(cè)量目的，于一偵側(cè)期 106施加一預(yù)設(shè)電壓107至電極，電極間的電流量110(請(qǐng)參閱圖1(B)下方)將被測(cè)量。
[0038]待測(cè)分析物濃度的決定，是根據(jù)前述的柯特雷爾電流(Cottrell current)，在測(cè) 量期106依據(jù)柯特雷爾電流公式計(jì)算出來(lái)的濃度值會(huì)被顯示于測(cè)量?jī)x的顯示器上。
[0039]因此樣本偵測(cè)門坎112的大小定義對(duì)于判斷樣本量是否足夠極為重要。
[0040] 職是之故，
【申請(qǐng)人】鑒于習(xí)知技術(shù)中所產(chǎn)生之缺失，乃經(jīng)悉心試驗(yàn)與研究，并一本鍥 而不舍之精神，終構(gòu)思出本案「一種判斷樣品布滿狀況的偵測(cè)方法」，以下為本案之簡(jiǎn)要說(shuō) 明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0041] 本案之目的系為提供一種用于偵測(cè)流體待測(cè)樣品覆蓋于電化學(xué)傳感器的電極表 面積的布滿率，其可于正式量測(cè)待測(cè)樣品濃度前、或量測(cè)待測(cè)樣品濃度之后，以本發(fā)明做此 布滿率的判斷，用以判斷該次測(cè)試的有效性。在樣本存在偵測(cè)期施加一反應(yīng)直流電壓至至 少具有第一電極與第二電極之電化學(xué)傳感器，該施加反應(yīng)電壓大小系根據(jù)循環(huán)伏安法定義 出可使樣本發(fā)生電化學(xué)作用產(chǎn)生最佳氧化(還原)之氧化(還原）電壓。
[0042] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種判斷一待測(cè)樣品一布滿狀況的偵測(cè)方法，系應(yīng)用 于至少具有一第一電極與一第二電極之一傳感器，其步驟包括：（ a)提供該待測(cè)樣品，使其 從該第一電極流向該第二電極；（b)于一第一固定時(shí)間，施加一第一反應(yīng)直流電壓于該第一 電極與該第二電極間，使該第一電極之電位高于該第二電極之電位，并記錄該第一固定時(shí) 間所產(chǎn)生之一第一Cottrell電流值；（c)移除該第一反應(yīng)直流電壓并停滯一第一期間；（d) 于一第二固定時(shí)間，施加一第二反應(yīng)直流電壓于該第一電極與該第二電極間，該第二反應(yīng) 直流電壓之電壓值與該第一反應(yīng)直流電壓之電壓值相等，且使該第二電極之電位高于該第 一電極之電位，并記錄該第二固定時(shí)間所產(chǎn)生之一第二Cottrell電流值；（e)移除該第二 反應(yīng)直流電壓并停滯一第二期間；（f)重復(fù)步驟(b)至步驟(e)至少兩次，并各別累加該第一 Cottrell電流值與該第二Cottrell電流值;及(g)計(jì)算該累加第一 Cottrell電流值與該累 加第二Cottrell電流值之一比值，其中該比值反映該待測(cè)樣品在該第一電極及該第二電極 之該布滿狀況。
[0043] 本發(fā)明重復(fù)施加的第一反應(yīng)直流電壓與第二反應(yīng)直流電壓，將分別使第一電極電 位大于第二電極電位與第二電極電位大于第一電極電位，并將其所產(chǎn)生的第一 Cottrell電 流與第二Cottrell電流分別累加后計(jì)算其比值，用以判斷樣本是否足夠，此方法可以克服 習(xí)知技術(shù)以設(shè)定一樣本偵測(cè)門坎電流的缺點(diǎn)。
[0044] 根據(jù)上述方法，其中該第一反應(yīng)直流電壓與第二反應(yīng)直流電壓系透過(guò)循環(huán)伏安曲 線(cyclic voltammograms)決定，且該第一反應(yīng)直流電壓與該第二反應(yīng)直流電壓之信號(hào)噪 聲比（S/N Ratio)大于或等于1。
[0045] 根據(jù)上述方法，其中該第一電極與該第二電極位于同一基版。
[0046] 根據(jù)上述方法，其中該第一電極與該第二電極上具有一酵素及一電子傳遞中介 物，其中該酵素對(duì)該待測(cè)樣品進(jìn)行氧化反應(yīng)。
[0047] 根據(jù)上述方法，其中該第一電極與該第二電極上具有一酵素及一電子傳遞中介 物，其中該酵素對(duì)該待測(cè)樣品進(jìn)行還原反應(yīng)。
[0048]根據(jù)上述方法，其中該第一固定時(shí)間為3ms至2s。
[0049] 根據(jù)上述方法，其中該第二固定時(shí)間為3ms至2s。
[0050] 根據(jù)上述方法，其中該第一固定時(shí)間與該第二固定時(shí)間相同。
[0051]根據(jù)上述方法，其中該第一固定時(shí)間與該第二固定時(shí)間均為20ms。
[0052 ]根據(jù)上述方法，其中該第一期間為0ms至50ms。
[0053 ]根據(jù)上述方法，其中該第二期間為Oms至50ms。
[0054]根據(jù)上述方法，其中該第一期間及該第二期間時(shí)間相同。
[0055]根據(jù)上述方法，其中該第一期間及該第二期間均為20ms。
[0056]根據(jù)上述方法，其中該第一電極與該第二電極的電化學(xué)反應(yīng)面積相同。
[0057]根據(jù)上述方法，其中當(dāng)該比值為1時(shí)，表示該待測(cè)樣品布滿該第一電極及該第二電 極。
[0058]根據(jù)上述方法，其中該第一電極的一電化學(xué)反應(yīng)面積大于該第二電極的一電化學(xué) 反應(yīng)面積。
[0059 ]根據(jù)上述方法，其中該第一電極的一電化學(xué)反應(yīng)面積小于該第二電極的一電化學(xué) 反應(yīng)面積。
[0060] 根據(jù)上述方法，其中該傳感器為一電化學(xué)傳感器。
[0061] 根據(jù)上述方法，其中該方法用以判斷該傳感器之一測(cè)試的有效性。
[0062] 根據(jù)上述方法，其中該方法可于一樣品存在偵測(cè)期、一樣品靜置期或一樣品測(cè)量 期中任一時(shí)點(diǎn)進(jìn)行。
[0063] 根據(jù)上述方法，其中該比值為0.3至3.0時(shí)，代表該傳感器之該測(cè)試為有效。
[0064] 本發(fā)明亦提供一種判斷一待測(cè)樣品一布滿狀況的偵測(cè)方法，系應(yīng)用于至少具有一 第一電極與一第二電極之一傳感器，其步驟包括：（a)提供一待測(cè)樣品，使其從該第一電極 流向該第二電極；（b)于一第一固定時(shí)間，施加一第一直流電壓于該第一電極與該第二電極 間，使該第一電極之電位高于該第二電極之電位，并記錄該第一固定時(shí)間所產(chǎn)生之一第一 Cottrell電流值；（c)移除該第一直流電壓并停滯一第一期間；（d)于一第二固定時(shí)間，施加 一第二直流電壓于該第一電極與該第二電極間，該第二直流電壓之電壓值與該第一直流電 壓之電壓值相等，且使該第二電極之電位高于該第一電極之電位，并記錄該第二固定時(shí)間 所產(chǎn)生之一第二Cottrel 1電流值;及(e)計(jì)算該第一 Cottrel 1電流值與該第二Cottrel 1電 流值之一比值，其中該比值反映該待測(cè)樣品在該第一電極及該第二電極之該布滿狀況。 [0065]根據(jù)上述方法，其中該第一固定時(shí)間為3ms至2s。
[0066 ]根據(jù)上述方法，其中該第二固定時(shí)間為3ms至2 s。
[0067]根據(jù)上述方法，其中該第一固定時(shí)間與該第二固定時(shí)間相同。
[0068 ]根據(jù)上述方法，其中該第一固定時(shí)間與該第二固定時(shí)間均為2 0ms。
[0069] 根據(jù)上述方法，其中該第一期間為0ms至50ms。
[0070]根據(jù)上述方法，其中該第一期間為20ms。
[0071] 根據(jù)上述方法，其中該傳感器為一電化學(xué)傳感器。
[0072] 根據(jù)上述方法，其中該方法用以判斷該傳感器之一測(cè)試的有效性。
[0073] 根據(jù)上述方法，其中該比值為0.3至3.0時(shí)，代表該傳感器之該測(cè)試為有效。
[0074]根據(jù)上述方法，其中該方法可于一待測(cè)樣品偵測(cè)期、一待測(cè)樣品靜置期或一待測(cè) 樣品測(cè)量期中任一時(shí)點(diǎn)進(jìn)行。
[0075] 本發(fā)明得藉由下列實(shí)施例及圖示說(shuō)明，俾得更深入之了解。
【附圖說(shuō)明】
[0076] 圖1(A)為一循環(huán)伏安曲線；圖1(B)為習(xí)知測(cè)量?jī)x所使用方法之示意圖；圖1(C)則 為圖1(B)之放大圖；
[0077] 圖2(A)為本發(fā)明之測(cè)量?jī)x10的外觀示意圖；圖2(B)則為電化學(xué)感測(cè)試片20放大后 之正面視圖及背面視圖；圖2(C)為習(xí)知測(cè)量?jī)x之內(nèi)部電路示意圖；
[0078] 圖3(A)為電化學(xué)感測(cè)試片20沿A-A'截面線之剖面視圖；圖3(B)至圖3(E)則為樣本 29在毛細(xì)管23流動(dòng)之示意圖；
[0079]圖4(A)至圖4(C)為本發(fā)明之測(cè)量?jī)x40的內(nèi)部電路示意圖；
[0080]圖5(A)至圖5(G)為樣本29流動(dòng)而布滿電極之示意圖；
[0081]圖6(A)至圖6(D)為本發(fā)明在樣本29流動(dòng)而布滿電極之過(guò)程中所測(cè)得的電流及電 壓示意圖；圖6(E)至圖6(1)則為本發(fā)明在樣本29流動(dòng)而布滿電極之過(guò)程中所測(cè)得的循環(huán)伏 安曲線；
[0082]圖7(A)及圖7(B)為本發(fā)明之測(cè)量?jī)x40之另一內(nèi)部電路示意圖；
[0083]圖8為本發(fā)明之測(cè)量?jī)x40之另一內(nèi)部電路示意圖；
[0084] 圖9(A)為本發(fā)明電化學(xué)感測(cè)試片之另一實(shí)施例；圖9(B)則為圖9(A)之電化學(xué)感測(cè) 試片沿B-B '截面線之剖面視；
[0085] 圖10(A)為本發(fā)明電化學(xué)感測(cè)試片之另一實(shí)施例；圖10(B)為圖10(A)之電化學(xué)感 測(cè)試片之分解圖；圖10(C)為圖10(A)之電化學(xué)感測(cè)試片沿C-C'截面線之剖面視；圖10(D)則 為樣本進(jìn)入圖10(A)之電化學(xué)感測(cè)試片之示意圖及
[0086] 圖11(A)為本發(fā)明電化學(xué)感測(cè)試片之另一實(shí)施例；圖11(B)為圖11(A)之電化學(xué)感 測(cè)試片之分解圖；圖11(C)則為圖11(A)之電化學(xué)感測(cè)試片沿D-D'截面線之剖面視。
[0087] 主要組件符號(hào)說(shuō)明
[0088] 1〇〇、1〇8、116時(shí)間 101樣本存在偵測(cè)期
[0089] 102固定電壓 103、115時(shí)點(diǎn)
[0090] 104零電壓 105靜置期
[0091] 106偵側(cè)期 107默認(rèn)電壓
[0092] 109、110電流量 112樣本偵測(cè)門坎
[0093] 113樣本量門坎 114樣本量延滯時(shí)期
[0094] 10測(cè)量?jī)x 11插槽
[0095] 12顯示器 20電化學(xué)感測(cè)試片
[0096] 21、22、91、92 電極 23 毛細(xì)管
[0097] 24、25 接觸 26、1009樣本入口
[0098] 27覆蓋板 28氣孔
[0099] 29、1008樣本 210、1010 凹槽
[0100] 211、212電極上表面 213貫孔
[0101] 214試劑 41、701微處理器
[0102] 42顯示器 43電源供應(yīng)單元
[0103] 44電流測(cè)量單元 45電流
[0104] 46電流電壓轉(zhuǎn)換器 47模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
[0105] 48電流緩沖器 49電壓調(diào)節(jié)器
[0106] 410溫度測(cè)量單元 411、Vwc電極工作電壓
[0107] 412試片插入偵測(cè)單元 SW、S1、S2、S3、S4開關(guān)
[0108] 415、715、815電壓切換單元裝置
[0109] 413、414、Vcl、Vc2 接點(diǎn)
[0110] 416、716控制點(diǎn) 417反向器
[0111] 420切換開關(guān)組 Vo模擬電壓
[0112] Vw、Vc、Vx、Vy、Vr、Vref 電位
[0113] Vxy電壓差 R1、R2電阻
[0114] X、Y輸出點(diǎn) t0~t8時(shí)間
[0115] Ixa、Iya、Ixb、Iyb、Ixc、Iyc、Ixd、Iyd 電流值
[0116] 93第三電極 1104第三薄膜電極
[0117] 1001、1101薄膜電極感測(cè)試片
[0118] 1002、1003、1102、1103、1104 薄膜電極
[0119] A-A'、B-B'、C-C'、D-D' 截面線
【具體實(shí)施方式】
[0120]本案之提供一種用于偵測(cè)流體待測(cè)樣品覆蓋于電化學(xué)傳感器電極表面積布滿率 以判斷測(cè)試有效性之方法，將可由以下的實(shí)施例說(shuō)明而得到充分了解，并使得熟習(xí)本技藝 之人士可以據(jù)以完成之，然而本案之實(shí)施型態(tài)并不限制于下列實(shí)施例中。
[0121] 請(qǐng)參閱圖2(A)，其為本發(fā)明之使用電化學(xué)感測(cè)試片的一測(cè)量?jī)x10的外觀示意圖。 測(cè)量?jī)x10包含一具有一顯示器12的外殼，用以顯示測(cè)量結(jié)果，并包括一插槽11，用以插入一 電化學(xué)感測(cè)試片20。圖2(B)則為電化學(xué)感測(cè)試片20放大后之正面視圖（圖2(B)左)及背面視 圖（圖2(B)右)之示意圖，其中電化學(xué)感測(cè)試片20更包含電極21及22。
[0122] 圖2(C)為習(xí)知測(cè)量?jī)x之示意圖，該測(cè)量?jī)x10包含一微處理器13、一顯示器14、一電 源供應(yīng)單元15、一電流測(cè)量單元16、一電流17、一電流電壓轉(zhuǎn)換器18、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19、 一電流緩沖器120、一電壓調(diào)節(jié)器121、一溫度測(cè)量單元122、以及具有一開關(guān)SW之一試片插 入偵測(cè)單元124,其中電流電壓轉(zhuǎn)換器18包含于電流量測(cè)單元16之中，用以將電極21、22之 間的電流17轉(zhuǎn)換成一模擬電壓Vo (其中Vo = I X Rf )，再透過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器19將此模擬電 壓Vo轉(zhuǎn)成電壓的等效數(shù)字信號(hào)，以供微處理器13計(jì)算。而電壓調(diào)節(jié)器121以及電阻R1、R2所 構(gòu)成的分壓器，用以施加電壓至接點(diǎn)Vcl，電流緩沖器120則具有一大電流驅(qū)動(dòng)能力，用以在 接點(diǎn)Vc2輸出與接點(diǎn)Vcl相同的一電位。此時(shí)接點(diǎn)125之電位為Vw，接點(diǎn)126之電位為Vc，一 電極工作電壓123為Vwc，亦即等于Vw與Vc之間的電位差。此電極工作電壓123被施加于接點(diǎn) 125、126之間，而可被連接至感測(cè)試片20的輸出接觸24及25。
[0123] 請(qǐng)續(xù)參閱圖3(A)至(E)，其為待測(cè)樣本流入電化學(xué)感測(cè)試片20,并布滿于電極21及 22過(guò)程之示意圖。
[0124] 圖3(A)為電化學(xué)感測(cè)試片20沿A-A'之剖面視圖，電化學(xué)感測(cè)試片20包含一毛細(xì)管 23、輸出接觸24、25、一樣本入口 26、一覆蓋板27、一氣孔28、一樣本29、一凹槽210、電極上表 面211及212、貫孔213及試劑214。其中電極21、22被設(shè)置于電化學(xué)感測(cè)試片20的凹槽210內(nèi) 的貫孔213中。電極21、22的周圍被貫孔213緊緊圍繞而沒(méi)有形成任何缺口。貫孔213的直徑 被設(shè)計(jì)為稍小于電極21、22的直徑，使電極21、22可以在貫孔213中被機(jī)械式地抓住。
[0125] 電極21、22的上表面211、212形成電極的工作面積，而上表面211、212的大小可以 彼此相同或不同，而電極的下端則形成感測(cè)試片20的輸出接觸24、25,這些輸出接觸可分別 與圖2(C)中測(cè)量?jī)x10的接點(diǎn)125、126連接。而親水性覆蓋板27具有與外界相通的氣孔28,并 覆蓋凹槽210以形成毛細(xì)管23,該毛細(xì)管23定義出一反應(yīng)區(qū)，提供試劑214涂布在凹槽210 內(nèi)，并覆蓋電極21、22的電極上表面211、212。試劑214包含一已知的氧化或還原酵素例如一 葡萄糖氧化酶，一電子傳遞中介物例如亞鐵氰化鉀(Fe(CN)63-)，以及一些親水性的化學(xué)物 質(zhì)。試劑的組成份為習(xí)知技術(shù)而非本發(fā)明的重點(diǎn)。此外該感測(cè)試片20更提供樣本入口 26，用 以置入樣本29,例如一滴血。
[0126] 請(qǐng)參閱圖3(B)，當(dāng)樣本29被放上樣本入口 26的開口時(shí)，因?yàn)槊?xì)管作用或親水作 用，該血滴會(huì)自動(dòng)被吸入毛細(xì)管23。而圖3(B)至圖3(E)則顯示樣本29在毛細(xì)管23內(nèi)的流動(dòng) 情形。當(dāng)足夠的樣本29被滴入樣本入口 26時(shí)，便會(huì)如圖3 (C)及(D)所示，開始沿著毛細(xì)管23 流動(dòng)，直到如圖3(E)所示完全覆蓋電極，此時(shí)而毛細(xì)管23中的空氣則會(huì)經(jīng)由開口 28排出。在 圖3(B)中，由于樣本29尚未流動(dòng)至電極22,故雖在樣本存在偵測(cè)期101時(shí)已經(jīng)施加電壓至電 極上，但因仍未導(dǎo)通所以尚未產(chǎn)生電流。在圖3(C)，樣本29已完全覆蓋電極21并部分覆蓋電 極22,此時(shí)施加電壓于電極上，將會(huì)有電流產(chǎn)生，測(cè)量?jī)x10即需判斷此電流是否已到達(dá)樣本 偵測(cè)門坎112,因此樣本偵測(cè)門坎112的定義極為重要。由圖3(C)可明顯發(fā)現(xiàn)，此時(shí)樣本29并 未完全覆蓋電極22,若樣本偵測(cè)門坎112定義過(guò)小，則可能使測(cè)量?jī)x10誤判，而開始靜置期 105至測(cè)量期106的步驟，如此所得之樣本濃度并不正確;反之，若樣本偵測(cè)門坎312定義過(guò) 大，因不同樣本有不同的成分含量，如血液中的血球容積比(HCT )、含氧量、葡萄糖濃度或脂 肪含量的不同，如圖3(D)或(E)，雖樣本29已幾乎完全充滿于凹槽210,但樣本存在偵測(cè)期 101所產(chǎn)生之電流可能無(wú)法超過(guò)樣本偵測(cè)門坎112,使得測(cè)量?jī)x10無(wú)法進(jìn)行靜置期105至測(cè) 量期106的步驟。因此，提供一可正確判斷待測(cè)物體積量于反應(yīng)區(qū)是否足夠，以獲得有效之 感測(cè)電流的方法，對(duì)此類測(cè)量?jī)x而言極為重要。
[0127] 請(qǐng)參閱圖4(A)，其為本發(fā)明之使用電化學(xué)感測(cè)試片20的測(cè)量?jī)x40的示意圖，需特 別強(qiáng)調(diào)的是，雖然圖4(A)及其后所述的測(cè)量?jī)x40與電化學(xué)感測(cè)試片20外觀與習(xí)知者相同， 惟本發(fā)明在測(cè)量?jī)x40的內(nèi)部電路及其量測(cè)方法上，相較于前案已有大幅度之進(jìn)步。至于圖4 (A)中之電化學(xué)感測(cè)試片20,已于圖2(A)至(E)及其相對(duì)應(yīng)之說(shuō)明中詳述，故于此將不再重 復(fù)。
[0128] 請(qǐng)續(xù)參閱圖4(A)，該測(cè)量?jī)x40包含一微處理器41、一顯示器42、一電源供應(yīng)單元 43、一電流測(cè)量單元44、一溫度測(cè)量單元410、具有一開關(guān)SW之一試片插入偵測(cè)單元412、以 及一電壓調(diào)節(jié)器49,電流量測(cè)單元44包含一電流電壓轉(zhuǎn)換器46,用以將接點(diǎn)413、414之間一 電流45轉(zhuǎn)換成一模擬電壓Vo(其中Vo = I XRf)，再透過(guò)一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器47將此模擬電壓 Vo轉(zhuǎn)成電壓的等效數(shù)字信號(hào)以供微處理器41計(jì)算。電壓調(diào)節(jié)器49以及電阻R1、R2所構(gòu)成的 分壓器，用以施加電壓至接點(diǎn)Vcl，一電流緩沖器48,具有一大電流驅(qū)動(dòng)能力，用以在接點(diǎn) Vc2,輸出一與接點(diǎn)Vcl相同的電位。此時(shí)接點(diǎn)413之電位為Vw，接點(diǎn)414之電位為Vc，一電極 工作電壓411為Vwc (等于Vw與Vc之間的電位差）因此被施加于接點(diǎn)413、414之間。
[0129] 圖4(A)所示之本發(fā)明所使用的測(cè)量?jī)x示意圖，除了電壓切換單元裝置415之外，其 它部分和電路的設(shè)計(jì)為習(xí)知技術(shù)。
[0130]電壓切換單元裝置415包含由S1、S2、S3及S4四個(gè)開關(guān)(Switches)組成的切換開關(guān) 組420,此四個(gè)開關(guān)可由習(xí)知的機(jī)械式繼電器(Relay)或電子式1C型的模擬開關(guān)(Analog Switch)或以電子式晶體管(MOSFET or Bipolar晶體管)組成的橋式開關(guān)來(lái)達(dá)成切換功能。 而電壓切換單元裝置415更包含一控制點(diǎn)416,用以傳送由微處理器41所傳出之?dāng)?shù)字控制訊 號(hào)，來(lái)加以控制切換開關(guān)組420中的S1及S4開關(guān)的閉合或開路;其中，當(dāng)控制點(diǎn)416的信號(hào)為 1時(shí)，則S1及S4開關(guān)同時(shí)閉合接通;反之，當(dāng)控制點(diǎn)416的信號(hào)為0時(shí)，則S1及S4開關(guān)同時(shí)開路 隔離。電壓切換單元裝置415更包含一反向器417,這是數(shù)字電路(邏輯電路）的基本組成之 一，用以將輸入訊號(hào)反向，就二進(jìn)制邏輯來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入〇時(shí)，輸出為1，反之，當(dāng)輸入為1時(shí)，則 輸出為〇,其用于控制該開關(guān)組420中的S2及S3開關(guān)的閉合或開路，且讓S2及S3的閉合時(shí)刻 剛好與S1及S4的時(shí)刻相反，此兩組開關(guān)只能于同一時(shí)刻選用一組為閉合狀態(tài)。該電壓切換 單元裝置415的控制說(shuō)明如下：
[0131] 如圖4(B)，當(dāng)微處理器41給予控制點(diǎn)416-數(shù)字訊號(hào)1時(shí)，
[0132] 此時(shí)輸出點(diǎn)X經(jīng)由S1的閉合與接點(diǎn)413接通而電位相同，輸出點(diǎn)X與接點(diǎn)413之電位 分別為Vx及Vw;
[0133] 而輸出點(diǎn)Y經(jīng)由S4的閉合與接點(diǎn)414接通而電位相同，輸出點(diǎn)Y與接點(diǎn)414之電位分 別為Vy及Vc;
[0134] 此時(shí)Vx = Vw且Vy = Vc，故兩輸出點(diǎn)X及Y之間電位差，即為接點(diǎn)413及414之電位差 411(Vwc),
[0135] 因Vx>Vy，故此時(shí)與輸出點(diǎn)X相連的電極21為工作電極。
[0136] 另如圖4(C)，當(dāng)微處理器41給予控制點(diǎn)416-數(shù)字訊號(hào)0時(shí)，
[0137]此時(shí)輸出點(diǎn)X經(jīng)由S2的閉合與414接通而電位相同，輸出點(diǎn)X與接點(diǎn)414之電位分別 為Vx及Vc;
[0138] 而輸出點(diǎn)Y經(jīng)由S3的閉合與413接通而電壓相同，輸出點(diǎn)Y與接點(diǎn)413之電位分別為 Vy 及 Vw;
[0139] 此時(shí)Vx = Vc且Vy = Vw，而兩輸出點(diǎn)X及Y之間電位差411仍為Vwc，
[0140] 然因Vx〈Vy，故此時(shí)與輸出點(diǎn)Y相連的電極22為工作電極。
[0141] 圖5、圖6為根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法之一實(shí)施例，其中圖5為圖2(A)之局部放大俯視 圖，而所進(jìn)行量測(cè)儀操作計(jì)有以下之步驟(請(qǐng)同時(shí)參閱圖2(A)及圖4(A)至(C))。
[0142] (1)插入電化學(xué)感測(cè)試片20至量測(cè)儀10的插槽11，將啟動(dòng)開關(guān)412,使微處理器41 開始循環(huán)的送出1與〇的訊號(hào)至控制點(diǎn)416。此時(shí)輸出點(diǎn)X與輸出點(diǎn)Y電壓分別如圖6(A)與圖6 (C)。
[0143] (2)接著顯示器12將顯示請(qǐng)求供給樣本29,典型為一血滴樣本，亦為圖5各圖中之 樣本29。
[0144] (3)當(dāng)樣本29被放上樣本入口26時(shí)（請(qǐng)參閱圖2(A)或圖5(A))，因?yàn)槊?xì)管作用或 親水作用，該樣本29會(huì)被自動(dòng)吸入毛細(xì)管23。圖5(B)至圖5(G)顯示血滴樣本29在毛細(xì)管23 內(nèi)的流動(dòng)情形。
[0145] (4)此時(shí)微處理器41開始接收到反應(yīng)電流：
[0146] (a)當(dāng)時(shí)間為0~to時(shí)間時(shí)，樣本29流動(dòng)狀況如圖5(B)至圖5(C)，此時(shí)從輸出點(diǎn)所 接收到的電流分別如圖6(B)、（D)所示?？汕宄@示，此時(shí)樣本29尚未流動(dòng)至電極表面212， 因此無(wú)任何電流產(chǎn)生;此時(shí)利用電化學(xué)之測(cè)試方法里的循環(huán)伏安法可得到如圖6(E)所示的 結(jié)果；
[0147] (b)當(dāng)時(shí)間為to~t2時(shí)，如圖5(D)，此時(shí)血液樣本29已部分覆蓋電極表面212,因此 圖6(D)清楚顯示已有電流產(chǎn)生，此時(shí)從輸出點(diǎn)X所接收到電流值為Ixa，而從輸出點(diǎn)Y接收到 電流值為Iya;然因此時(shí)樣本29已完全覆蓋電極上表面211，但只部分覆蓋電極上表面212， 故Ixa遠(yuǎn)大于Iya;當(dāng)時(shí)點(diǎn)為to~tl時(shí)，電極工作電壓為Vwc，而此時(shí)工作電極為電極21，工作 電極表面積為電極21的電極上表面211;當(dāng)時(shí)點(diǎn)為11~t2時(shí)，電極工作電壓仍為Vwc，但此時(shí) 工作電極為電極22，工作電極表面積為電極22的部份電極上表面212;從柯特雷爾電流公 式所得電流與工作面積成正比之結(jié)論，因此將得到此一較小電流Iya的結(jié)果;此時(shí)利用電化 學(xué)之測(cè)試方法里的循環(huán)伏安法可得到如圖6(F)所示的結(jié)果；
[0148] (c)當(dāng)時(shí)間為t2~t4時(shí)，如圖5(E)，輸出點(diǎn)X、Y所接收到電流分別為Ixb及Iyb，其中 Ixb約略等于Ixa，其原因?yàn)榻?jīng)過(guò)一小段時(shí)間后，已有小部分電流的消耗，但其值很小可忽略 不計(jì)，而Iyb大于Iya，因此時(shí)樣本29覆蓋至電極22的電極上表面212面積較大所致;此時(shí)利 用電化學(xué)之測(cè)試方法里的循環(huán)伏安法可得到如圖6(G)所示的結(jié)果；
[0149] (D)當(dāng)時(shí)間為t4~t6時(shí)，如圖5(F)，輸出點(diǎn)X、Y所接收到電流分別為Ixc、IyC，其中 Ixc約略等于Ixb，且Iyc大于Iyb，因此時(shí)樣本29覆蓋至電極22的電極上表面212面積又較前 一時(shí)點(diǎn)更大所致;此時(shí)利用電化學(xué)之測(cè)試方法里的循環(huán)伏安法可得到如圖6(H)所示的結(jié) 果；
[0150] (E)當(dāng)時(shí)間為t6~t8時(shí)，如圖5(G)，輸出點(diǎn)X、Y所接收到電流分別為Ixd、Iyd，其中 Ixd約略等于Ixc，Iyd大于Iyc，且Iyd幾乎與Ixd相等，因?yàn)榇藭r(shí)血液樣本29已完全覆蓋至電 極22的電極上表面212,且電極上表面211、212面積相同；此時(shí)利用電化學(xué)之測(cè)試方法里的 循環(huán)伏安法可得到如圖6 (I)所示的結(jié)果。
[0151] (5)微處理器41接收到電流后，即開始運(yùn)算并判斷樣本29于反應(yīng)區(qū)內(nèi)是否足夠，有 多種判斷方式，例如:設(shè)定一時(shí)間范圍，微處理器41不斷的比較從輸出點(diǎn)X、Y所接收到的電 流值，當(dāng)lx與Iy比值（Iy/Ix)大于或等于某一預(yù)定比值時(shí)（亦或當(dāng)lx與Iy比值（Ix/Iy)小于 或等于某一預(yù)定比值時(shí)），即可進(jìn)行下一步驟，即為開始進(jìn)入靜置期305,反之即從顯示器12 顯示樣本29體積（即血量)不足;也可設(shè)定一時(shí)間范圍，微處理器41將所有l(wèi)x與Iy值分別累 加，并將累加之lx與Iy值加以計(jì)算，當(dāng)此累加值經(jīng)計(jì)算后之比值大于或等于(亦或小于或等 于）某一預(yù)定比值時(shí)，即可進(jìn)行下一步驟，反之即從顯示器12顯示樣本29體積（即血量）不 足。
[0152] (6)當(dāng)經(jīng)微處理器41判斷樣本29于反應(yīng)區(qū)內(nèi)已足夠，即可進(jìn)行靜置期至測(cè)量期的 標(biāo)準(zhǔn)步驟，而獲得一正確的測(cè)量電流，經(jīng)微處理器41將所得測(cè)量電流經(jīng)計(jì)算后之樣本29中 欲分析物濃度顯示于顯示器12上。
[0153] 如何決定判斷待側(cè)樣本之較佳布滿狀況之比值范圍，系利用不同的樣本體積去進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)所得到之結(jié)果。其說(shuō)明如下：
[0154] 提供適用于一測(cè)量?jī)x之一感測(cè)試片，該感測(cè)試片所需體積布滿為0.7iU，且該感測(cè) 試片上具有一第一電極及一第二電極，而該第一電極小于該第二電極。
[0155] 使樣本由該第一電極流向該第二電極，該樣本體積為0.3yl到0.8yl并進(jìn)行多次實(shí) 驗(yàn)。
[0156] 于一第一固定時(shí)間20ms，施加一第一直流電壓0 . IV于該第一電極與該第二電極 間，使該第一電極之電位高于該第二電極之電位，并記錄該第一固定時(shí)間所產(chǎn)生之一第一 Cottrell電流值。
[0157] 移除該第一直流電壓并停滯一第一期間20ms。
[0158] 于一第二固定時(shí)間20ms，施加一第二直流電壓0.1 V于該第一電極與該第二電極 間，使該第二電極之電位高于該第一電極之電位，并記錄該第二固定時(shí)間所產(chǎn)生之一第二 Cottrell電流值。
[0159] 計(jì)算該第一 Cottre 11電流值與該第二Cottre 11電流值之一比值。
[0160] 上述每一種樣本體積皆經(jīng)過(guò)以上之步驟10次以上反復(fù)驗(yàn)證，并統(tǒng)計(jì)該比值范圍， 并計(jì)算該第一 Cottrell電流值之精確度，得一統(tǒng)計(jì)表格(表一），如下：
[0161] 表一：
[0162]
[0163] 由上表一可知，當(dāng)該樣本體積過(guò)小時(shí)，如0.3yl，該第一Cottrel 1電流值無(wú)法量得， 因?yàn)榇藭r(shí)樣本體積不足以從該第一電極流至該第二電極。當(dāng)樣本體積為〇.如1，雖已可量得 該第一Cottrel 1電流值，但其電流精確度過(guò)差(CV> 10 % )。增加樣本體積至0.45yl~0.8yl 時(shí)，該第一 Cottrell電流值的精確度較佳(CV〈5%)，此時(shí)(第一 /第二)Cottrell電流比值范 圍為0.3~1.7,反之(第二/第一)Cottrell電流比值范圍為0.6~3.3,因此當(dāng)電流比值落在 0.3~3.3范圍時(shí)，可代表待測(cè)樣本于該感測(cè)試片中布滿狀況良好。
[0164] 圖7(A)及(B)為本案另一實(shí)施例，于電壓切換單元裝置715所使用之方法與圖4電 壓切換單元裝置415有所不同，圖7中之電壓切換單元裝置715由控制點(diǎn)716接收由微處理器 701所發(fā)出命令進(jìn)行S1、S2、S3間之切換，其說(shuō)明如下。
[0165] 當(dāng)S1與S2相連接時(shí)，如圖7(A)所示，此時(shí)：
[0166] Vx = Vref = V1 =Vr
[0167] Vy = V2 = [(R2+R3)/(R1+R2+R3)]Vr,
[0168] Vxy = Vx-Vy = Vr-[(R2+R3)/(R1+R2+R3)]Vr
[0169] =[Rl/(Rl+R2+R3)]Vr；
[0170] 因此Vx>Vy，此時(shí)輸出點(diǎn)X所連接之電極21即為工作電極。
[0171] 而當(dāng)S1與S3相連接時(shí)，如圖7 (B)所示，則：
[0172] Vx = V3 = [R3/(R1+R2+R3)]Vr,
[0173] Vy = V2 = [(R2+R3)/(R1+R2+R3)]Vr,
[0174] Vxy = Vx-Vy = [R3/(R1+R2+R3)]Vr-[(R2+R3)/(R1+R2+R3)]Vr；
[0175] =[-R2/(Rl+R2+R3)]Vr；
[0176] 因此Vy>Vx，此時(shí)輸出點(diǎn)Y所連接之電極22即為工作電極。
[0177] 于電路設(shè)計(jì)上，選用R1 = R2時(shí)，則會(huì)使當(dāng)S1與S2相連接時(shí)的Vxy電壓差與S1與S3相 連接時(shí)的電壓數(shù)值相同，只是其電壓極性相反。
[0178] 根據(jù)此實(shí)施例于S1與S2、S3間相互切換，也可達(dá)成如圖6所示，得到所欲計(jì)算之?dāng)?shù) 值，進(jìn)而判斷血量是否足夠。
[0179] 圖8為本案再另一實(shí)施例，于電壓切換單元裝置815與先前實(shí)施例又有所差異，于 該實(shí)施例中Vx = Vr為一固定電壓值，而電壓切換單元裝置815根據(jù)由微處理器801所發(fā)出命 令進(jìn)行數(shù)字訊號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓(Digital to Analoy Voltage Converter)輸出至Vcl，經(jīng) 由電流緩沖器〇P2增強(qiáng)其電流的輸出驅(qū)動(dòng)力，此時(shí)電壓不變?nèi)詾槭筕y = Vcl，即由微處理器 801所發(fā)出命令進(jìn)行數(shù)字訊號(hào)來(lái)調(diào)整Vy的電壓大小，以達(dá)到電壓切換的功能。其控制程序如 下：
[0180] 預(yù)先設(shè)計(jì)欲施加于輸出點(diǎn)X與輸出點(diǎn)Y間的電極工作電壓Vxy的絕對(duì)值為Q;
[0181] 于第一時(shí)間，由微處理器801所發(fā)出命令進(jìn)行數(shù)字訊號(hào)來(lái)調(diào)整Vcl，讓
[0182] Vcl =Vy = Vx-Q；
[0183] j/llJVxy = Vx-Vy = Vx- (Vx-Q) = Q；
[0184] 此時(shí)Vx>Vy，故輸出點(diǎn)X所連接之電極21即為工作電極。
[0185] 于第二時(shí)間，由微處理器801所發(fā)出命令進(jìn)行數(shù)字訊號(hào)來(lái)調(diào)整Vcl，讓
[0186] Vcl =Vy = Vx+Q；
[0187] 貝 iJvXy = vx-Vy = vx-(vx+Q) =-Q;
[0188] 此時(shí)Vx〈Vy，故輸出點(diǎn)Y所連接之電極22即為工作電極。
[0189] 根據(jù)此實(shí)施例，于第一時(shí)間及第二時(shí)間由微處理器801所發(fā)出命令進(jìn)行數(shù)字訊號(hào) 改變來(lái)調(diào)整Vcl電壓值的相互切換，也可達(dá)成如圖6所示，得到所欲計(jì)算之?dāng)?shù)值，進(jìn)而判斷血 量是否足夠。
[0190] 透過(guò)本發(fā)明，更可當(dāng)樣本29進(jìn)入樣本入口26、而微處理器41、701、801接收到一電 流時(shí)，依習(xí)知技術(shù)設(shè)定一樣本偵測(cè)門坎112,當(dāng)該電流到達(dá)該門坎后，即進(jìn)入靜置期105至測(cè) 量期106之標(biāo)準(zhǔn)步驟，并于靜置期105或測(cè)量期106中某一時(shí)點(diǎn)，進(jìn)行本發(fā)明以上實(shí)施例之 電壓切換，以獲得供微處理器41、701、801計(jì)算之lx與Iy，再進(jìn)行本發(fā)明以上實(shí)施例之計(jì)算 與判斷之步驟，用以確定該測(cè)量期后所得之結(jié)果是否正確。
[0191] 換句話說(shuō)，本發(fā)明所述之方法，在樣品存在偵測(cè)期101、靜置期105或測(cè)量期106中 某一時(shí)點(diǎn)均可以進(jìn)行計(jì)算，用以判斷該測(cè)量期后之計(jì)算結(jié)果有效性。
[0192] 請(qǐng)參閱圖9(A)及(B)，為圖2電化學(xué)感測(cè)試片之另一實(shí)施例。該結(jié)構(gòu)包含電極91、 92,如前所述，電極91、92會(huì)于電壓切換裝置作動(dòng)時(shí)，而于某一時(shí)點(diǎn)成為工作電極而產(chǎn)生所 需計(jì)算用以判斷之Cottrel 1電流，該實(shí)施例更佳為含有一第三電極93，該第三電極93可為 一參考電極(reference electorde)。當(dāng)該電化學(xué)感測(cè)試片之測(cè)量?jī)x確認(rèn)血量樣本已足夠， 經(jīng)靜置期105后進(jìn)入測(cè)量期106,該參考電極93可幫助于測(cè)量期106所需施加之預(yù)設(shè)電壓107 更為穩(wěn)定而得一更為精確之感測(cè)電流。
[0193] 圖10(A)至(D)及圖11(A)至(C)所示分別為薄膜電極感測(cè)試片1001及1101，其成型 與結(jié)構(gòu)可參考如美國(guó)專利第5，997，817號(hào)、美國(guó)專利第5，985，116號(hào)、歐洲第EP 1，098，000 號(hào)專利等，該薄膜電極1002、1003、1102、1103及1104等，可用網(wǎng)版印刷、金屬蒸鍍等方法成 型，而本發(fā)明于該薄膜電極感測(cè)試片之應(yīng)用如圖10。如圖10(C)所示，當(dāng)于提供一血量樣本 1008由樣本入口 1009進(jìn)入至該感測(cè)試片1001時(shí)，其類似圖2所述，當(dāng)血量樣本僅流至薄膜電 極1002時(shí)，此時(shí)并無(wú)電流產(chǎn)生，待血量樣本流至薄膜電極1003如圖10(D)時(shí)，即可得到如圖6 之結(jié)果而得到一所需計(jì)算用以判斷之電流，以判斷血量樣本1008于凹槽1010內(nèi)是否足夠。 該實(shí)施例更佳如圖11，包含一第三薄膜電極1104,可為一薄膜參考電極。
[0194] 縱使本發(fā)明已由上述之實(shí)施例所詳細(xì)敘述，而可由在此領(lǐng)域具通常知識(shí)者任施匠 思而為諸般修飾，然皆不脫如申請(qǐng)專利范圍所欲保護(hù)者。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種判斷待測(cè)樣品布滿狀況的偵測(cè)方法，是應(yīng)用于包含分離的電極的傳感器，所述 分離的電極由第一電極與第二電極組成，所述第一電極與所述第二電極被試劑層覆蓋，其 特征在于，步驟包括： (a) 提供所述待測(cè)樣品，使其從所述第一電極流向所述第二電極； (b) 提供微處理器及具有開關(guān)組的電壓切換單元裝置，當(dāng)所述微處理器提供訊號(hào)使所 述開關(guān)組中的第一電路接通且第二電路斷開時(shí)，于第一固定時(shí)間，施加第一反應(yīng)直流電壓 于所述第一電極與所述第二電極間，使所述第一電極的電位高于所述第二電極的電位，并 記錄所述第一固定時(shí)間所產(chǎn)生的第一 Cottrell電流值，其中所述第一電極作為工作電極， 且所述第一Cottrell電流值與被所述待測(cè)樣品覆蓋的所述第一電極的表面積成正比，所述 的第一固定時(shí)間為3ms至20ms; (c) 移除所述第一反應(yīng)直流電壓并停滯第一期間，所述的第一期間為0ms至20ms; (d) 所述微處理器提供訊號(hào)切換所述電壓切換單元裝置的所述開關(guān)組中的所述第一電 路為斷開且所述第二電路為接通，并于第二固定時(shí)間，施加第二反應(yīng)直流電壓于所述第一 電極與所述第二電極間，所述第二反應(yīng)直流電壓的電壓值與所述第一反應(yīng)直流電壓的電壓 值相等，且使所述第二電極的電位高于所述第一電極的電位，并記錄所述第二固定時(shí)間所 產(chǎn)生的第二Cottrell電流值，其中所述第二電極作為所述工作電極，且所述第二Cottrell 電流值與被所述待測(cè)樣品覆蓋的所述第二電極的表面積成正比，所述的第二固定時(shí)間為 3ms至20ms; (e) 移除所述第二反應(yīng)直流電壓并停滯第二期間，所述的第二期間為0ms至20ms; (f) 循環(huán)的重復(fù)步驟(b)至步驟(e)至少兩次，并各別累加所述第一 Cottrell電流值與 所述第二Cottrell電流值； (g) 計(jì)算所述累加第一 Cottrell電流值與所述累加第二Cottrell電流值的比值，其中 所述比值為0.3至3.3,用以反映所述待測(cè)樣品在所述第一電極及所述第二電極的布滿狀 況;及 (h) 于樣品體積大于0.45μ1時(shí)，判斷所述待測(cè)樣品是否足夠，若是，則代表所述傳感器 對(duì)所述待測(cè)樣品中欲分析物的濃度的測(cè)試為有效。2. -種判斷待測(cè)樣品布滿狀況的偵測(cè)方法，是應(yīng)用于至少具有第一電極與第二電極的 傳感器，其特征在于，步驟包括： (a) 提供所述待測(cè)樣品，使其從所述第一電極流向所述第二電極； (b) 于第一固定時(shí)間，施加第一反應(yīng)直流電壓于所述第一電極與所述第二電極間，使所 述第一電極的電位高于所述第二電極的電位，并記錄所述第一固定時(shí)間所產(chǎn)生的第一 Cottrell電流值； (c) 移除所述第一反應(yīng)直流電壓并停滯第一期間； (d) 于第二固定時(shí)間，施加第二反應(yīng)直流電壓于所述第一電極與所述第二電極間，所述 第二反應(yīng)直流電壓的電壓值與所述第一反應(yīng)直流電壓的電壓值相等，且使所述第二電極的 電位高于所述第一電極的電位，并記錄所述第二固定時(shí)間所產(chǎn)生的第二Co t tre 11電流值； (e) 移除所述第二反應(yīng)直流電壓并停滯第二期間； (f) 重復(fù)步驟(b)至步驟(e)至少兩次，并各別累加所述第一 Cottrell電流值與所述第 二Cottrell電流值;及 (g)計(jì)算所述累加第一 Cottrell電流值與所述累加第二Cottrell電流值的比值，其中 所述比值反映所述待測(cè)樣品在所述第一電極及所述第二電極的布滿狀況。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的第一反應(yīng)直流電壓與第二反應(yīng)直流電 壓是透過(guò)循環(huán)伏安曲線(cyclic voltammograms)決定，且所述第一反應(yīng)直流電壓與所述第 二反應(yīng)直流電壓的信號(hào)噪聲比（S/N Ratio)大于或等于1。4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的第一電極與所述第二電極位于同一基 版。5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述的第一電極與所述第二電極上具有酵素及電子傳遞中介物，其中所述酵素對(duì)所述 待測(cè)樣品進(jìn)行氧化反應(yīng);或 所述的第一電極與所述第二電極上具有酵素及電子傳遞中介物，其中所述酵素對(duì)所述 待測(cè)樣品進(jìn)行還原反應(yīng)。6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述的第一固定時(shí)間為3ms至2s;及/或 所述的第二固定時(shí)間為3ms至2s。7. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述的第一固定時(shí)間與所述第二固定時(shí)間相同；及/或 所述的第一固定時(shí)間與所述第二固定時(shí)間均為20ms。8. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述的第一期間為〇ms至50ms;或 所述的第二期間為〇ms至50ms。9. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述的第一期間及所述第二期間時(shí)間相同；及/或 所述的第一期間及所述第二期間均為20ms。10. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的第一電極與所述第二電極的電化學(xué) 反應(yīng)面積相同，其中當(dāng)所述比值為1時(shí)，表示所述待測(cè)樣品布滿所述第一電極及所述第二電 極。11. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述的第一電極的電化學(xué)反應(yīng)面積大于所述第二電極的電化學(xué)反應(yīng)面積;或 所述的第一電極的電化學(xué)反應(yīng)面積小于所述第二電極的電化學(xué)反應(yīng)面積。12. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的傳感器為電化學(xué)傳感器。13. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的方法用以判斷所述傳感器的測(cè)試的 有效性，其中所述比值為0.3至3.3時(shí)，可代表所述傳感器的所述測(cè)試為有效。14. 一種判斷待測(cè)樣品布滿狀況的偵測(cè)方法，是應(yīng)用于至少具有第一電極與第二電極 的傳感器，其特征在于，步驟包括： (a) 提供所述待測(cè)樣品，使其從所述第一電極流向所述第二電極； (b) 提供微處理器及具有開關(guān)組的電壓切換單元裝置，當(dāng)所述微處理器提供訊號(hào)使所 述開關(guān)組中的第一電路接通且第二電路斷開時(shí)，于第一固定時(shí)間，施加第一反應(yīng)直流電壓 于所述第一電極與所述第二電極間，使所述第一電極的電位高于所述第二電極的電位，并 記錄所述第一固定時(shí)間所產(chǎn)生的第一 Cottrell電流值，其中所述第一電極作為工作電極， 且所述第一Cottrell電流值與被所述待測(cè)樣品覆蓋的所述第一電極的表面積成正比，所述 的第一固定時(shí)間為20ms; (c) 移除所述第一反應(yīng)直流電壓并停滯第一期間，所述的第一期間為20ms; (d) 所述微處理器提供訊號(hào)切換所述電壓切換單元裝置的所述開關(guān)組中的所述第一電 路為斷開且所述第二電路為接通，并于第二固定時(shí)間，施加第二反應(yīng)直流電壓于所述第一 電極與所述第二電極間，所述第二反應(yīng)直流電壓的電壓值與所述第一反應(yīng)直流電壓的電壓 值相等，且使所述第二電極的電位高于所述第一電極的電位，并記錄所述第二固定時(shí)間所 產(chǎn)生的第二Cottrell電流值，其中所述第二電極作為所述工作電極，且所述第二Cottrell 電流值與被所述待測(cè)樣品覆蓋的所述第二電極的表面積成正比，所述的第二固定時(shí)間為 20ms; (e) 移除所述第二反應(yīng)直流電壓并停滯第二期間，所述的第二期間為20ms; (f) 循環(huán)的重復(fù)步驟(b)至步驟(e)至少兩次，并各別累加所述第一 Cottrell電流值與 所述第二Cottrell電流值； (g) 計(jì)算所述累加第一 Cottrell電流值與所述累加第二Cottrell電流值的比值，其中 所述比值為0.3至3.3,用以反映所述待測(cè)樣品在所述第一電極及所述第二電極的布滿狀 況;及 (h) 于樣品體積大于0.45μ1時(shí)，判斷所述待測(cè)樣品是否足夠，若是，則代表所述傳感器 對(duì)所述待測(cè)樣品中欲分析物的濃度的測(cè)試為有效。
【文檔編號(hào)】G01N27/49GK106053585SQ201610656056
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2009年5月12日 公開號(hào)201610656056.1, CN 106053585 A, CN 106053585A, CN 201610656056, CN-A-106053585, CN106053585 A, CN106053585A, CN201610656056, CN201610656056.1
【發(fā)明人】黃椿木, 徐振騰
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