專利名稱:電化學試紙的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種電化學試紙，特別是，關于一種可啟動儀器、確認試紙是否置入儀器的正確位置、辨識樣品是否進入反應區(qū)以及確認樣品適當覆蓋反應區(qū)的電化學試紙。
背景技術：
在醫(yī)學或生化的檢測上，電化學試紙的使用已經是一項普遍的技術。傳統(tǒng)的電化學試紙具有兩個電極，在將樣品注入試紙的反應區(qū)后，借由這兩個電極來測量樣品的電性特性。然而，在這樣的結構下，無法在進行測量前確定樣品是否已經完全覆蓋兩個電極，甚至無法確定樣品是否有無注入反應區(qū)中。
為解決上述問題，美國專利第5582697號公開了一種具有三個電極的電化學試紙。此第5582697號美國專利在反應區(qū)中增加一第三電極，相較于其它兩電極，此第三電極置于距離反應區(qū)入口的最遠處。在注入樣品后，借由檢測反應區(qū)中最靠近入口及最遠離入口的兩電極間的電流變化，來確認樣品是否適當?shù)馗采w第三電極之外的兩個電極。試紙需置入一測量儀器中并與儀器建立電性連接后，才能進行測量。然而，第5582697號美國專利所公開的方法并無法辨識試紙是否正確置入儀器，且必須直到樣品覆蓋大部分的反應區(qū)后，才能確定樣品已進入反應區(qū)。
因此，有必要提供一種可以辨識是否正確地置入儀器并可以檢測樣品注入狀態(tài)電化學試紙。

發(fā)明內容鑒于先前技術所存在的問題，本發(fā)明提供了一種電化學試紙，其具有輔助試紙置入儀器中的正確位置、辨識樣品是否進入反應區(qū)、以及進入反應區(qū)的樣品是否足量等功能。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種具有檢測樣品注入狀態(tài)功能的電化學試紙。此電化學試紙包括一絕緣基板；置于絕緣基板之上一電極系統(tǒng)，此電極系統(tǒng)包括一測量電極組、一辨識電極組及一電阻，其中測量電極組包括相互絕緣之一參考電極及一工作電極，該辨識電極組包括由該電阻連接之一第一辨識電極及一第二辨識電極；以及置于電極系統(tǒng)之上一絕緣層，其中未被絕緣層覆蓋的電極系統(tǒng)的一部分，形成具有一開口端的一反應區(qū)。當一液態(tài)樣品由開口端注入反應區(qū)時，依序接觸到測量電極組及辨識電極組。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電化學感測系統(tǒng)，其包括上述的電化學試紙以及一測量儀器。其中，測量儀器包括耦合至電極系統(tǒng)的一開關模塊，用以選擇性地導通或斷開電極系統(tǒng)與測量儀器之間的電性連接；一模擬數(shù)字轉換器，耦合至開關模塊；一處理器，耦合至模擬數(shù)字轉換器及開關模塊，并用以控制開關模塊；以及一插入感應器，耦合至開關模塊及處理器，用以檢測電化學試紙與測量儀器間的電性連接。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種電化學感測系統(tǒng)，其包括上述的電化學試紙、一啟動裝置、一電壓供應裝置以及一測量裝置。其中，啟動裝置通過與電化學試紙的耦合而形成一回路；電壓供應裝置用以在各電極之間提供一電壓；以及測量裝置用以測量第一辨識電極與第二辨識電極間的一電性變化、以及參考電極與工作電極間的一電性變化。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種使用上述的電化學試紙以感測一液態(tài)樣品的方法。此方法包括以下步驟(a)將電化學試紙置入一測量儀器中，借由第一辨識電極、電阻以及第二辨識電極電極與測量儀器形成一回路，而啟動測量儀器；(b)測量第一辨識電極及第二辨識電極之間的阻抗值，以判斷電化學試紙是否正確置入測量儀器；(c)提供液態(tài)樣品于反應區(qū)中；(d)測量加入液態(tài)樣品前后，參考電極及工作電極之間的電性變化；(e)測量第一辨識電極及第二辨識電極之間的電性變化；以及(f)施加電壓于參考電極及工作電極之間，并測量此電壓所對應的電流。
配合以下的優(yōu)選實施例的敘述與，本發(fā)明的目的、實施例、特征、及優(yōu)點將更為清楚。
圖1根據(jù)本發(fā)明一實施例，示出一電化學試紙的結構分解圖；圖2A-2C示出形成于電化學試紙上的3種不同的電極安排及反應區(qū)形狀；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例而示出的一感測系統(tǒng)方塊圖；以及圖4示出使用本發(fā)明的電化學試紙以感測一液態(tài)樣品的方法流程圖。
組件符號說明10、基板 20、電極系統(tǒng)22、222、參考電極 23、測量電極組24、224、工作電極 26、226、第一辨識電極27、辨識電極組 28、228、第二辨識電極29、229、電阻 30、反應區(qū)32、入口 34、連接區(qū)50、反應層 60、親水性隔片62、上隔片 64、氣孔100、感測系統(tǒng) 200、電化學試紙300、測量儀器 320、連接器321、開關模塊 322、放大器323、模擬對數(shù)字轉換器 324、插入感應器325、處理器 326、顯示器330、電源具體實施方式
本發(fā)明公開一種電化學試紙及其使用方法。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并配合圖1至圖4的附圖。然以下實施例中所述的裝置、組件及程序步驟，僅用以說明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的范圍。
圖1根據(jù)本發(fā)明一實施例，示出一電化學試紙的結構分解圖，其中為了方便理解各組件間的相對位置，而以虛線代表此電化學試紙的輪廓。本發(fā)明的電化學試紙包括一絕緣基板10、一電極系統(tǒng)20、一絕緣層40、一親水性隔片60及一上隔片62。絕緣基板10具有電絕緣性，其材料可包括但不限于聚氯乙烯(PVC)、玻璃纖維、聚酯、電木板、聚對苯二甲酸二乙酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)或陶瓷等。電極系統(tǒng)20包括一測量電極組23、一辨識電極組27及一電阻29，其中測量電極組23包括互相絕緣的參考電極22及工作電極24，辨識電極組27包括由電阻29連接的第一辨識電極26及第二辨識電極28。電極系統(tǒng)20的材料可為任何導電物質，例如碳膠、銀膠、銅膠、碳銀混合膠、或其類似物及組合等。絕緣層40覆蓋部分的電極系統(tǒng)20，使得未被覆蓋的電極系統(tǒng)20的一端形成用以容納液態(tài)樣品的一反應區(qū)30，另一端則形成用以與測量儀器相接的連接區(qū)34，其中反應區(qū)30具有一入口32，供液態(tài)樣品注入。絕緣層40的材料可包括但不限于PVC絕緣膠帶、PET絕緣膠帶、熱干燥型絕緣漆或紫外光干燥型絕緣漆。當液態(tài)樣品自反應區(qū)30的入口32注入，依序會接觸到電極系統(tǒng)20中的測量電極組23及辨識電極組27。本發(fā)明的電化學試紙還包括置于反應區(qū)30中的一反應層50，其至少包括氧化還原酶，用以與樣品液態(tài)產生化學反應，其中，氧化還原酶的種類隨液態(tài)樣品不同而有所不同。反應層50至少覆蓋于反應區(qū)30中的測量電極組23之上，然而亦可覆蓋于反應區(qū)30中的辨識電極組27之上。親水性隔片60及上隔片62搭配而形成一氣孔64，用以排出反應區(qū)30中的氣體，以加強毛細作用而加速液態(tài)樣品的注入的速度，縮短液態(tài)樣品充滿反應區(qū)30的時間。親水性隔片60可引導液態(tài)樣品的流向并具有導出氣體的功能。
電化學試紙置入一測量儀器后，通過電阻29的連接，使得第一辨識電極26、第二辨識電極28與測量儀器間形成一回路，而啟動測量儀器。測量儀器啟動后，可進一步的檢測第一辨識電極26與第二辨識電極28間的阻抗值，再與電阻29的阻抗值比較，而判斷電化學試紙是否置入正確的位置。在液態(tài)樣品注入電化學試紙的反應區(qū)30后，將造成參考電極22與工作電極24間的阻抗變化，因此檢視此阻抗變化可判斷液態(tài)樣品是否已進入反應區(qū)30中。
在反應區(qū)30中，由于測量電極組23及辨識電極組27的布置是依序由反應區(qū)入口32至反應區(qū)深處，因此液態(tài)樣品要到達辨識電極組27必定完全覆蓋測量電極組23。若可判斷液態(tài)樣品到達辨識電極組27，即可判斷液態(tài)樣品已覆蓋測量電極組23。因此，在確認樣品進入反應區(qū)30后，可接著檢視第一辨識電極26與第二辨識電極28間的電性變化，以判斷樣品是否到達辨識電極組27。檢視方法可例如為加電壓于第一辨識電極26與第二辨識電極28之間，而觀察其阻抗值變化是否合于樣品到達第一辨識電極26與第二辨識電極28的阻抗變化。在圖1的例子中，在加入樣品前，第一辨識電極26與第二辨識電極28之間的阻抗值，約為電阻29的阻抗值，而在加入樣品后，則改變成為約為電阻29與樣品所形成的等效電阻二者并聯(lián)后的阻抗值。
在確認樣品適當?shù)母采w反應區(qū)30之后，即可進行參考電極22與工作電極24間的電性測量，其主要是測量在反應區(qū)30內，樣品與反應層50中的氧化還原酶進行電化學作用而產生的電流變化。
圖2A-2C示出形成于電化學試紙上的3種不同的電極安排及反應區(qū)形狀，其中測量電極組23中的參考電極22與工作電極24、及辨識電極組27中的第一辨識電極26及第二辨識電極28是互相絕緣，但第一辨識電極26與第二辨識電極28通過電阻29而連接。在圖2A中，反應區(qū)入口32在正下方，在圖2B中，反應區(qū)入口32在左側，而在圖2C中，反應區(qū)入口32在左下方。如圖2A-2C所示，自反應區(qū)30的一入口32向內，會依序接觸到測量電極組23及辨識電極組27。事實上，只要各電極組在反應區(qū)30中的排列順序如上述，且各電極之間彼此絕緣即已足夠，本發(fā)明并不限制電極在試紙上的安排方式以及反應區(qū)30形狀。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例而示出的一感測系統(tǒng)100的方塊圖，此系統(tǒng)包括本發(fā)明的一電化學試紙200以及一測量儀器300。測量儀器300包括用以對外連接的一連接器320、一開關模塊321、一放大器322、一模擬對數(shù)字轉換器323、插入感應器324以及一處理器325。電化學試紙200中的參考電極222、工作電極224、第一辨識電極226及第二辨識電極228通過與連接器320之間的相接而與測量儀器300電性相連。開關模塊321用以選擇性地將化學試紙200中的各電極連接至測量儀器300的接地端、或連接至測量儀器300內各個電路。測量儀器300還包括用以顯示各種測量結果一顯示器326，以及用以提供所需電源的一電源330。在另一實施例中，顯示器326及電源330可為外接裝置，而不包括于測量儀器300中。
當電化學試紙200與連接器320連接，第一辨識電極226、電阻229及第二辨識電極228、連接器320、開關模塊321與插入感應器324之間形成一回路，借此傳送一訊號至處理器325，進而啟動測量儀器300。插入感應器324可為一傳統(tǒng)的電力開啟(power-on)電路，在連接試紙200前為一斷路，在連接試紙200后形成一回路。舉例來說，插入感應器324可包括一二極管或一晶體管，在試紙200插入后，將原本不導通的二極管或晶體管導通，而造成二極管或晶體管端點電壓的變化，進而啟動測量儀器300。然而，在某些情況中，測量儀器300的啟動可能是由其它非預期的因素所造成，因此，在啟動測量儀器300后，處理器325可提供電壓于第一辨識電極226與第二辨識電極228之間，以測量其阻抗值，再與電阻229的阻抗值比較，而判斷電化學試紙200是否正確的與連接器320連接。
在確認電化學試紙200正確連接的情況下，處理器325改為在參考電極222與工作電極224之間提供一電壓。當樣品注入試紙200的反應區(qū)后，參考電極222與工作電極224之間的阻抗值會因此而發(fā)生變化。一般而言，這是由于樣品連接了參考電極222與工作電極224，而使其之間的阻抗值變小。接著，通過放大器322及模擬對數(shù)字轉換器323將此變化數(shù)據(jù)化并傳送至處理器325，而使處理器325得以確認樣品注入反應區(qū)。
在確認樣品進入反應區(qū)后，可進一步檢測樣品在反應區(qū)中分布狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，處理器325確認樣品進入反應區(qū)后，在第一辨識電極226與第二辨識電極228之間提供一電壓。一旦樣品到達反應區(qū)底部的第一辨識電極226與第二辨識電極228，處理器325便可檢測到足夠電流變化，而確認樣品適當覆蓋反應區(qū)。
在確認樣品適當覆蓋反應區(qū)(亦即樣品完全覆蓋參考電極222及工作電極224)后，處理器325施加電壓于參考電極222與工作電極224之間，再通過放大器322及模擬對數(shù)字轉換器323量取參考電極222與工作電極224之間因樣品的電化學作用而產生的電流變化。
圖4示出使用本發(fā)明的電化學試紙，以感測一液態(tài)樣品的方法流程圖。首先，在步驟S400提供本發(fā)明的電化學試紙。如前述，此試紙包括互相絕緣的4個電極參考電極、工作電極、第一辨識電極及第二辨識電極，其中第一辨識電極與第二辨識電極是通過一電阻而連接。接著，在步驟S410，將試紙置入一測量儀器中并借此啟動此測量儀器。儀器啟動后，在步驟S420中，測量第一辨識電極與第二辨識電極間的阻抗值，若合于預期中數(shù)值，則繼續(xù)進行至步驟S430，提供一液態(tài)樣品于電化學試紙中的一反應區(qū)。接著，在步驟S440中，測量參考電極與工作電極間的阻抗值變化，若合于預期，表示液態(tài)樣品已正確的注入反應區(qū)中。在確定液態(tài)樣品正確的注入反應區(qū)后，則進行至步驟S450。在步驟S450中，測量第一辨識電極與第二辨識電極的電性變化，若合于預期，表示液態(tài)樣品已充分的覆蓋反應區(qū)。舉例而言，與步驟420所測量的阻抗值相較，若阻抗值有足夠的變化，則可確認樣品已覆蓋反應區(qū)。接著，在步驟S460中，測量參考電極與工作電極的電流變化，以檢測液態(tài)樣品的特性。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用以限定本發(fā)明；凡其它未脫離本發(fā)明的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發(fā)明范圍內。
權利要求
1.一種具有檢測樣品注入狀態(tài)功能的電化學試紙，包括一絕緣基板；一電極系統(tǒng)，置于該絕緣基板之上，該電極系統(tǒng)包括一測量電極組、一辨識電極組及一電阻，其中該測量電極組包括相互絕緣的一參考電極及一工作電極，該辨識電極組包括由該電阻連接的一第一辨識電極及一第二辨識電極；以及一絕緣層，覆蓋該電極系統(tǒng)的一部分，其中未被該絕緣層覆蓋的該電極系統(tǒng)的一部分形成具有一開口端的一反應區(qū)；其中，當一液態(tài)樣品由該開口端注入該反應區(qū)時，依序接觸到該測量電極組及該辨識電極組。
2.根據(jù)權利要求
1所述的電化學試紙，其特征在于，還包括一上蓋，置于該絕緣層之上，該上蓋具有一孔洞，用以排出該反應區(qū)中的氣體。
3.根據(jù)權利要求
1所述的電化學試紙，其特征在于，還包括一反應層，置于該反應區(qū)中，其中該反應層包括一氧化還原酶。
4.根據(jù)權利要求
3所述的電化學試紙，其特征在于，該反應層至少覆蓋于該測量電極組之上。
5.一種電化學感測系統(tǒng)，包括根據(jù)權利要求
1所述的一電化學試紙；以及一測量儀器，包括一開關模塊，耦合至該電極系統(tǒng)，用以選擇性地導通或斷開該電極系統(tǒng)與該測量儀器之間的電性連接；一模擬數(shù)字轉換器，耦合至該開關模塊；一處理器，耦合至該模擬數(shù)字轉換器及該開關模塊，并用以控制該開關模塊；以及一插入感應器，耦合至該開關模塊及該處理器，用以檢測該電化學試紙與該測量儀器間的電性連接。
6.根據(jù)權利要求
5所述的電化學感測系統(tǒng)，其特征在于，在該液態(tài)樣品注入該電化學試紙的該反應區(qū)前及后，所造成該參考電極及該工作電極之間的一電性變化，是通過該模擬數(shù)字轉換器傳送至該處理器。
7.根據(jù)權利要求
5所述的電化學感測系統(tǒng)，其特征在于，在該液態(tài)樣品注入該電化學試紙的該反應區(qū)后，該處理器施加一電壓于該第一辨識電極及該第二辨識電極之間，以檢測該第一辨識電極及該第二辨識電極間的一電性變化。
8.根據(jù)權利要求
5所述的電化學感測系統(tǒng)，其特征在于，在該液態(tài)樣品注入該反應區(qū)且接觸該第一及第二辨識電極之后，該處理器施加一電壓于該參考電極及該工作電極之間，并通過該模擬數(shù)字轉換器而獲得該參考電極及該工作電極之間的一電流變化。
9.根據(jù)權利要求
5所述的電化學感測系統(tǒng)，其特征在于，該測量儀器還包括耦合至該處理器的一顯示器，用以顯示該電極系統(tǒng)中的電性變化。
10.一種電化學感測系統(tǒng)，包括根據(jù)權利要求
1所述的一電化學試紙；一啟動裝置，通過與該電化學試紙的耦合而形成一回路；一電壓供應裝置，用以在各該電極之間提供一電壓；以及一測量裝置，用以測量該第一辨識電極與該第二辨識電極間的一電性變化、以及該參考電極與該工作電極間的一電性變化。
11.一種使用根據(jù)權利要求
1所述的電化學試紙以感測一液態(tài)樣品的方法，包括以下步驟將該電化學試紙置入一測量儀器中，借由該第一辨識電極、該電阻以及該第二辨識電極與該測量儀器形成一回路，而啟動該測量儀器；提供該液態(tài)樣品于該反應區(qū)中；以及施加一電壓于該參考電極及該工作電極之間，并測量該電壓所對應的一電流。
12.根據(jù)權利要求
11所述的方法，其特征在于，在步驟(a)及步驟(b)之間還包括以下步驟(a1)測量該第一辨識電極及該第二辨識電極之間的阻抗值，以判斷該電化學試紙是否正確置入該測量儀器。
13.根據(jù)權利要求
11所述的方法，其特征在于，在步驟(b)及步驟(c)之間還包括以下步驟(b1)測量加入該液態(tài)樣品所造成的該參考電極及該工作電極之間的電性變化，以確認該液態(tài)樣品進入該反應區(qū)。
14.根據(jù)權利要求
11所述的方法，其特征在于，在步驟(b)及步驟(c)之間還包括以下步驟(b2)測量該第一辨識電極及該第二辨識電極之間的電性變化，以確認該液態(tài)樣品覆蓋該參考電極及該工作電極。
15.根據(jù)權利要求
11所述的方法，其特征在于，步驟(a)所形成的該回路導通一二極管，而造成該二極管的一正端的一電壓變化，且由該電壓變化啟動該測量儀器。
16.根據(jù)權利要求
11所述的方法，其特征在于，步驟(a)所形成的該回路導通一晶體管，而造成該晶體管的一集電極的一電壓變化，且由該電壓變化啟動該測量儀器。
專利摘要
一種具有檢測樣品注入狀態(tài)功能的電化學試紙。此電化學試紙包括一絕緣基板；一電極系統(tǒng)，置于絕緣基板之上，電極系統(tǒng)包括一測量電極組、一辨識電極組及一電阻，其中測量電極組包括相互絕緣的一參考電極及一工作電極，辨識電極組包括由該電阻連接的一第一辨識電極及一第二辨識電極；以及一絕緣層，覆蓋電極系統(tǒng)的一部分，其中未被絕緣層覆蓋的電極系統(tǒng)的一部分形成具有一開口端的一反應區(qū)。當一液態(tài)樣品由開口端注入反應區(qū)時，依序接觸到測量電極組及辨識電極組。
文檔編號G01N35/00GK1991351SQ200510137567
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日
發(fā)明者許玉森, 黃英哲, 沈燕士 申請人:五鼎生物技術股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan