專利名稱：：以分壓檢測檢體中特定成分含量的生物感測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種生物感測器；特別是關(guān)于一種檢測相應(yīng)檢體中特定成份含量引起的一分壓的生物感測器。
背景技術(shù)：
：近幾年來，利用特定酵素催化反應(yīng)的各種生物感測器已經(jīng)被發(fā)展出來使用于醫(yī)療用途上。此種生物感測器的一種用途用于糖尿病的治療上，以幫助糖尿病患者控制本身的血糖含量(血液中葡萄糖濃度)在正常的范圍內(nèi)。對于住院糖尿病患者而言，其可在醫(yī)生的監(jiān)督下控制本身的血糖含量在正常范圍內(nèi)。但對于非住院糖尿病患者而言，在缺乏醫(yī)生直接監(jiān)督的情況下，病患本身能自我控制血糖含量則變得非常重要。血糖含量的自我控制可通過飲食、運(yùn)動及用藥來達(dá)成。這些治療方式通常在醫(yī)生的監(jiān)督下同時采用。當(dāng)糖尿病患者本身能夠檢測其血糖含量是否在正常范圍時，可幫助患者更有效地自我控制其血糖含量。圖1顯示一種可供患者自行檢測血糖含量的血糖計(jì)，其包括一主測試單元10及一供測量血糖含量的生物芯片12。參考圖2所示，生物芯片12構(gòu)件分解示意圖，其包括前端設(shè)有一電極部1221的一條狀基板122。電極部1221上方覆蓋一反應(yīng)層124、一隔件126及一蓋板128。電極部1221設(shè)有一操作電極1222及一對應(yīng)電極1224包圍此操作電極1222。操作電極1222及對應(yīng)電極1224分別電性連接至位于條狀基板122尾端的一導(dǎo)線1226及導(dǎo)線1228。覆蓋于電極部1221上方的反應(yīng)層124含有鐵氰化鉀(potassiumferricyanide)及氧化(oxidase)，例如葡萄糖氧化(glucoseoxidase)。在使用上述血糖計(jì)時，先將生物芯片12插入主測試單元10。然后，患者可以刺胳針扎刺自己的皮膚以滲出血滴，再將滲出的血滴直接滴在已插進(jìn)主測試單元10的生物芯片12端部。此血滴被吸入位于電極部1221上方的反應(yīng)層124，而將反應(yīng)層124溶解，以進(jìn)行一酵素催化反應(yīng)，如下列反應(yīng)式所示一預(yù)定量的亞鐵氰化鉀(potassiumferrocyanide)相應(yīng)血液樣品中的葡萄糖濃度而產(chǎn)生。經(jīng)過一段預(yù)定時間后，一作用電壓Vref施予在生物芯片12上，以電化學(xué)反應(yīng)地氧化亞鐵氰化鉀，以釋出電子，而產(chǎn)生一相應(yīng)的反應(yīng)電流通過操作電極1222。此反應(yīng)電流正比于酵素催化反應(yīng)產(chǎn)生的亞鐵氰化鉀濃度或正比于血液樣品中的葡萄糖濃度。通過測量此一反應(yīng)電流即可獲得血液樣品中的葡萄糖濃度。圖3為傳統(tǒng)血糖計(jì)的控制電路示意圖，其中生物芯片12的電極部1221可視做一電阻Rs，作用電壓Vref可由一電池供應(yīng)。生物芯片12產(chǎn)生的一反應(yīng)電流I隨時間的遞增而逐漸衰減，以相應(yīng)血液樣品中的葡萄糖濃度構(gòu)成一條放電曲線。再者，此放電曲線的每一取樣時間對應(yīng)的一反應(yīng)電流值經(jīng)一電流/電壓轉(zhuǎn)換器30轉(zhuǎn)換成一輸出電壓Vout。此電流/電壓轉(zhuǎn)換器30由一具有一放大電阻Rf的運(yùn)算放大器310構(gòu)成。如此一來，此隨時間變化的反應(yīng)電流形成一條電壓-時間放電曲線。此電壓-時間放電曲線中每一取樣時間對應(yīng)的一電壓值經(jīng)由一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器32轉(zhuǎn)換成一組數(shù)字訊號。微處理器34讀取模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器32輸出的多組數(shù)字訊號，并根據(jù)此些組數(shù)字訊號以決定血液樣品中的葡萄糖濃度。一顯示器如液晶顯示器36再將葡萄糖濃度值顯示出來，供患者參考。上述傳統(tǒng)的血糖計(jì)使用運(yùn)算放大器供做電流/電壓轉(zhuǎn)換器30，使得血糖計(jì)的控制電路較為復(fù)雜及消耗較多的電能。再者，當(dāng)血糖計(jì)在未使用狀態(tài)時，運(yùn)算放大器310會產(chǎn)生靜電流及暗電流，而縮短電池的使用壽命。對于患者而言，需要經(jīng)常更換電池，顯得十分不方便。再者，此種傳統(tǒng)的血糖計(jì)使用的零件成本亦較高，而使血糖計(jì)制造成本無法降低。據(jù)此，亟待提供一種改進(jìn)的血糖計(jì)，以克服上述傳統(tǒng)血糖計(jì)的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供一種以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其相較于傳統(tǒng)的生物感測器具有較少的組件，可降低制造成本。本發(fā)明的另一目的是提供一種以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其并不需使用傳統(tǒng)生物感測器具備的運(yùn)算放大器，藉此本發(fā)明生物感測器呈未使用狀態(tài)時，不會有靜電流及暗電流產(chǎn)生，可延長供應(yīng)電源的一電池使用壽命。本發(fā)明的又一目的是提供一種以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其相較于傳統(tǒng)的生物感測器使用較少的電子零件，可減少電能的消耗。本發(fā)明的再一目的提供一種以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其相較于傳統(tǒng)的生物感測器使用較少的電子零件，可減少電子零件的噪聲干擾及提高對特定成份含量的辨識。根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，包括一具有一電阻值Rs的生物芯片、一電壓供應(yīng)源及一微處理器。此電壓供應(yīng)源用以提供一作用電壓于生物芯片，及當(dāng)作用電壓施予在該生物芯片時，該生物芯片相應(yīng)提供于其上的一檢體中一特定成份含量產(chǎn)生一隨時間變化的反應(yīng)電流。微處理器接收來自生物芯片由此隨時間變化的反應(yīng)電流造成的一隨時間變化的分壓，及根據(jù)此隨時間變化的分壓以決定特定成份的含量。本發(fā)明的生物感測器相較于傳統(tǒng)的生物感測器具有較少的組件，可降低制造成本及減少電能消耗。再者，本發(fā)明直接檢測來自生物芯片相應(yīng)檢體中特定成份含量引起的一分壓，可減少電子零件對此一分壓檢測的干擾，進(jìn)而提高對特定成份含量的辨識。本發(fā)明的目的及諸多優(yōu)點(diǎn)通過以下具體實(shí)施例的詳細(xì)說明，并參照所示附圖，將趨于明了。圖1為一傳統(tǒng)血糖計(jì)的透視圖；圖2是圖1傳統(tǒng)血糖計(jì)的分解示意圖；圖3是圖1傳統(tǒng)血糖計(jì)的控制電路示意圖；圖4為說明本發(fā)明檢測生物芯片分壓原理的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明一具體實(shí)施例的生物感測器控制電路示意圖；及圖6為各種隨時間變化的分壓曲線關(guān)圖。圖中符號說明10主測試單元12生物芯片122條狀基板1221電極部124反應(yīng)層126隔件128蓋板1222操作電極1224對應(yīng)電極1226、1228導(dǎo)線30電流/電壓轉(zhuǎn)換器32模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器34微處理器36液晶顯示器40生物芯片42模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器44微處理器46顯示器具體實(shí)施方式本發(fā)明生物感測器測量一檢體中一特定成份含量的原理與圖1的已知生物感測器采用的原理相同，皆是將檢體施予在已插入生物感測器的主測試單元的生物芯片上，并且利用欲檢測的特定成份與生物芯片上酵素之間的酵素催化反應(yīng)結(jié)果，來測量此特定成份的含量。因此，本發(fā)明的生物感測器可隨生物芯片上所含的酵素種類不同，而用以測量不同生物檢體中的不同特定成份。例如，生物芯片上含有葡萄糖氧化(glucoseoxidase)時，此生物感測器可用以測量血液樣品中的葡萄糖濃度。生物芯片上含有乳酸氧化(lactateoxidase)時，此生物感測器可用以測量唾液中的乳酸(lacticacid)濃度。以測量血液中的葡萄糖濃度為例，當(dāng)血液樣品滴在本發(fā)明生物感測器的生物芯片上時，血液樣品中的葡萄糖與生物芯片上的鐵氰化鉀(potassiumferricyanide)在葡萄糖氧化酶的催化反應(yīng)下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生與血液樣品中葡萄糖濃度成正比的一預(yù)定量的亞鐵氰化鉀(potassiumferrocyanide)。因此，例如血液樣品的檢體在生物芯片上一預(yù)定時間后，即檢體的特定成份例如血液樣品中的葡萄糖的酵素催化反應(yīng)完成后，一電壓供應(yīng)源即施予一作用電壓于生物芯片上，藉以使生物芯片相應(yīng)此特定成份含量產(chǎn)生一反應(yīng)電流，例如此一作用電壓使相應(yīng)血液樣品中葡萄糖濃度的一預(yù)定量的亞鐵氰化鉀進(jìn)行氧化反應(yīng)，以釋放出電子，而產(chǎn)生此相應(yīng)的反應(yīng)電流。本發(fā)明提供的一種以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器并不需使用電流/電壓轉(zhuǎn)換器，例如運(yùn)算放大器，而直接檢測本發(fā)明生物芯片的一分壓(partialvoltage)，此分壓生物芯片相應(yīng)檢體中欲被檢測的特定成份含量產(chǎn)生的一反應(yīng)電流所造成。換言之，本發(fā)明生物感測器的主測試單元的控制電路并不需使用例如是運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流/電壓轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明中，檢體中特定成份的含量即根據(jù)檢測到的生物芯片的分壓來決定。本發(fā)明生物感測器以檢測來自生物芯片的分壓決定特定成份含量的原理配合圖4做一說明如下。本發(fā)明生物感測器的一生物芯片40串連于一電阻R1的一端，而電阻R1的另一端連接至一接地電位。一電壓供應(yīng)源VDD用以提供一作用電壓予生物芯片40，以使生物芯片40相應(yīng)施予其上的檢體中特定成份含量產(chǎn)生一反應(yīng)電流，并流經(jīng)生物芯片40。如此一來，一分壓Vpartial即產(chǎn)生于生物芯片40與電阻R1之間。當(dāng)未有檢體提供于生物芯片40上時，生物芯片40的電阻值Rs為無限大，因此無論生物芯片40是否有插入主測試單元，此時生物芯片40的分壓為零。然而，當(dāng)檢體提供于生物芯片40上及電壓供應(yīng)源VDD施予一作用電壓于生物芯片40時，檢體中的特定成份將使得生物芯片40的電阻值Rs改變，使電阻值Rs突然下降。生物芯片40相應(yīng)檢體中特定成份含量即產(chǎn)生一隨時間變化的反應(yīng)電流I。此隨時間變化的反應(yīng)電流I流經(jīng)生物芯片40，而造成一隨時間變化的分壓Vpartial于生物芯片40與電阻R1之間，其可以公式Vpartial＝IR1表示，此分壓Vpartial正比于檢體中特定成份的含量。本發(fā)明藉直接檢測來自生物芯片40的分壓Vpartial以決定特定成份含量，可減少生物感測器中電子零件對于分壓Vpartial檢測的噪聲干擾，進(jìn)而提高對特定成份含量的辨識。圖5根據(jù)本發(fā)明一具體實(shí)施例的生物感測器控制電路示意圖。此具體實(shí)施例中控制電路包括一電壓供應(yīng)源VDD、一具有一電阻值Rs的生物芯片40、一電阻R1、一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路42、一微處理器44及一顯示器46。電壓供應(yīng)源VDD供應(yīng)一作用電壓予生物芯片40，及生物芯片40相應(yīng)提供于其上的檢體中特定成份含量產(chǎn)生一隨時間變化的反應(yīng)電流I。電阻R1一端串聯(lián)于生物芯片40及其另一端連接至一接地電位。此隨時間變化的電流I流經(jīng)生物芯片40而造成一隨時間變化的分壓Vpartial于生物芯片40與電阻R1之間，其可以公式Vpartial＝IR1表示。此隨時間變化的分壓Vpartial構(gòu)成一條電壓-時間放電曲線，例如圖6所示相應(yīng)血液中不同葡萄糖濃度的各種隨時間變化的分壓曲線。從個別的隨時間變化的分壓曲線中可獲得一峰值電壓(peakvoltage)及對應(yīng)此峰值電壓的一上升時間(risingtime)。峰值電壓(peakvoltage)指每一個別的隨時間變化的分壓曲線中最大電壓值。此一隨時間變化的分壓Vpartial直接送至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器42，以將每一取樣時間對應(yīng)的一分壓值轉(zhuǎn)換成一組數(shù)字訊號，然后再送至微處理器44做進(jìn)一步處理。微處理器44即根據(jù)此隨時間變化的分壓Vpartial構(gòu)成的一條電壓-時間放電曲線決定檢體中特定成份的含量。另一方面，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器42可設(shè)置于微處理器44內(nèi)以接收此隨時間變化的分壓Vpartial。微處理器44根據(jù)此隨時間變化的分壓Vpartial構(gòu)成的一條電壓-時間放電曲線決定檢體中特定成份含量的方法有以下幾種。例如，微處理器44可內(nèi)建有一上升時間相應(yīng)特定成份含量的對映表(mappingtable)，微處理器44從被檢測到的隨時間變化的分壓Vpartial得到一上升時間后，再根據(jù)此對映表以決定特定成份的含量。或者，微處理器44可內(nèi)建有一峰值電壓相應(yīng)特定成份含量的對映表，微處理器44從被檢測到的隨時間變化的分壓Vpartial得到一峰值電壓后，再根據(jù)此對映表以決定特定成份含量。此外，微處理器44可內(nèi)建有一上升時間相應(yīng)特定成份規(guī)格曲線(prescribedcurve)的對映表，微處理器44從被檢測到的隨時間變化的分壓Vpartial得到一上升時間后，根據(jù)此對映表以決定特定成份的含量。另外，微處理器44可內(nèi)建有一峰值電壓相應(yīng)特定成份規(guī)格曲線的對映表，微處理器44從被檢測到的隨時間變化的分壓Vpartial得到一峰值電壓后，根據(jù)此對映表以決定特定成份的含量。此特定成份含量的一讀數(shù)經(jīng)由顯示器46，例如液晶顯示器，顯示出來，供患者參考。另一方面，電阻R1可以一可變電阻取代，以使分壓Vpartial大小可被調(diào)整至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器42可以接受的范圍內(nèi)。微處理器44可內(nèi)建復(fù)數(shù)個對映表，其中每一對映表對應(yīng)可變電阻調(diào)整的一電阻值，而對映表的種類與上述相同。本發(fā)明直接檢測來自生物芯片40相應(yīng)檢體中特定成份含量引起的一分壓Vpartial。本發(fā)明生物感測器相較于圖3所示的傳統(tǒng)生物感測器可使用較少的電子零件，而降低制造成本及減少電能消耗。再者，本發(fā)明生物感測器不需使用例如運(yùn)算放大器供做電流/電壓轉(zhuǎn)換器，當(dāng)生物感測器呈未使用狀態(tài)時，不會有靜電流及暗電流產(chǎn)生，可延長供應(yīng)電源的電池使用壽命，而增加使用本發(fā)明生物感測器的方便性。以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在所述的申請專利范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于包括一生物芯片，當(dāng)一作用電壓施予在該生物芯片時，該生物芯片相應(yīng)提供于其上的一檢體中一特定成份含量產(chǎn)生一隨時間變化的反應(yīng)電流；一電壓供應(yīng)源，用以提供該作用電壓于該生物芯片；及一微處理器，接收來自該生物芯片由該隨時間變化的反應(yīng)電流造成的一隨時間變化的分壓，及根據(jù)該隨時間變化的分壓以決定該特定成份的含量。2.如權(quán)利要求1所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，更包含一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以將該隨時間變化的分壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號形式，再傳送至該微處理器。3.如權(quán)利要求1所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，更包含一電阻，該電阻的一端串聯(lián)至該生物芯片及其另一端連接至一接地電位。4.如權(quán)利要求2所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，更包含一電阻，該電阻的一端串聯(lián)至該生物芯片及其另一端連接至一接地電位。5.如權(quán)利要求3所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的電阻為一可變電阻。6.如權(quán)利要求4所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的電阻為一可變電阻。7.如權(quán)利要求1所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一上升時間相應(yīng)特定成份含量的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一上升時間后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。8.如權(quán)利要求1所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一峰值電壓相應(yīng)特定成份含量的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一峰值電壓后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。9.如權(quán)利要求1所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一上升時間相應(yīng)特定成份規(guī)格曲線的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一上升時間后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。10.如權(quán)利要求1所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一峰值電壓相應(yīng)特定成份規(guī)格曲線的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一峰值電壓后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。11.如權(quán)利要求3所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一上升時間相應(yīng)特定成份含量的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一上升時間后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。12.如權(quán)利要求3所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一峰值電壓相應(yīng)特定成份含量的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一峰值電壓后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。13.如權(quán)利要求3所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一上升時間相應(yīng)特定成份規(guī)格曲線的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一上升時間后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。14.如權(quán)利要求3所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一峰值電壓相應(yīng)特定成份規(guī)格曲線的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一峰值電壓后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。15.如權(quán)利要求4所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一上升時間相應(yīng)特定成份含量的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一上升時間后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。16.如權(quán)利要求4所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一峰值電壓相應(yīng)特定成份含量的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一峰值電壓后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。17.如權(quán)利要求4所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一上升時間相應(yīng)特定成份規(guī)格曲線的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一上升時間后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。18.如權(quán)利要求4所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述的微處理器內(nèi)建有一峰值電壓相應(yīng)特定成份規(guī)格曲線的對映表，該微處理器從該隨時間變化的分壓得到一峰值電壓后，根據(jù)該對映表以決定該特定成份含量。19.如權(quán)利要求1所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其特征在于，上述欲被檢測的特定成份依該生物芯片的一酵素而定。20.如權(quán)利要求4所述的以分壓檢測檢體中特定成份含量的生物感測器，其中上述欲被檢測的特定成份依該生物芯片的一酵素而定。全文摘要一種以分壓檢測檢體中特定成分含量的生物感測器。本發(fā)明的生物感測器包括一具有一電阻值R文檔編號G01N27/327GK1570614SQ0314726公開日2005年1月26日申請日期2003年7月11日優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日發(fā)明者謝俊偉申請人:力捷電腦股份有限公司